Shpora_po_biokhimii

1.Предмет биохимии. Важн. этапы развития. Обмен

веществ и энергии. Гетеро- и аутотрофы (различия по питанию, ист-м-энергии). Катаболизм, анаболизм. Осн-е разделы и направления в биохимии. Значение биохимии для биологии и медны. Проблемы биохимии.

Биохимия - это наука, занимающаяся изучением различных молекул, химических реакций и процессов, протекающих в живых клетках и организмах. Структурной единицей живых систем является клетка, поэтому можно дать и другое определение: биохимия как наука изучает химические компоненты живых клеток, а также реакции и процессы, в которых они участвуют. Согласно этому определению, биохимия охватывает широкие области клеточной биологии и всю молекулярную биологию.Главная задача биохимии состоит в том, чтобы достичь полного понимания на молекулярном уровне природы всех химических процессов, связанных с жизнедеятельностью клеток. Основательное знание биохимии совершенно необходимо для успешного развития двух главных направлений биомедицинских наук: 1) решение проблем сохранения здоровья человека; 2) выяснение причин различных болезней и изыскание путей их эффективного лечения. Со строго биохимической точки зрения организм можно считать здоровым, если многие тысячи реакций, протекающих внутри клеток и во внеклеточной среде, идут в таких условиях и с такими скоростями, которые обеспечивают максимальную жизнеспособность организма и поддерживают физиологически нормальное состояние.Живые организмы находятся в постоянной и неразрывной связи с окружающей средой. Эта связь осуществляется в процессе обмена веществ. Обмен веществ состоит из 3 этапов: поступление веществ в организм, метаболизм и выделение конечных продуктов из организма.Поступление веществ в организм происходит в результате дыхания (кислород) и питания. Источником энергии для человека служит распад органических веществ пищи. С питательными веществами поступают преимущественно белки, полисахариды, жиры, которые в процессе пищеварения расщепляются на более мелкие молекулы (глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол). В клетках эти вещества подвергаются превращениям, включаясь в метаболизм (обмен веществ). Они могут использоваться для синтеза более сложных молекул (анаболизм) либо распадаются до конечных продуктов в процессах катаболизма. Катаболизм - процесс расщепления органических молекул до конечных продуктов. Конечные продукты превращений органических веществ у животных и человека - СО2, Н2О и мочевина. Анаболизм объединяет биосинтетические процессы, в которых простые строительные блоки соединяются в сложные макромолекулы, необходимые для организма. В анаболических реакциях используется энергия, освобождающаяся при катаболизме.Биохимия включает в себя клеточную и молекулярную биологию..,биохимию растений,человека,микроорганизмов.

2.Хар-ка белковых веществ. Состав белка.

Значение для организма.

Белки – это высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых построены из остатков аминокислот.Свва и структура белков: молекулы белков отличаются неисчерпаемым разнообразием структуры при строгой ее специфичности у данного белка; белкам присуща способность к внутримолекулярным взаимодействиям, что обеспечивает динамичность структуры их молекул, изменчивость и пластичность их формы, обратимость переходов из глобулярного состояния в фибриллярное; обладая разнообразными химическими радикалами аминокислотных остатков в составе полипептидных цепей, белковые молекулы способны вступать в разнообразные химические и физические взаимодействия как с друг другом, так и с нуклеиновыми кислотами, полисахаридами, образуя надмолекулярные комплексы; молекулы белков закономерно изменяют свою структуру под влиянием внешнего воздействия и восстанавливают исходное состояние при его снятии многие белки способны каталитически ускорять химические реакции, протекающие в живом организме; белкам присущи регуляторные, защитные, токсические, транспортные, сократительные, структурные, рецепторные и многие другие функцииБелки обладают особой чувствительностью к химическим реагентам (кислоты, щелочи) и легко разрушаются. Белки очень легко теряют свои природные, нативные свойства и переходят в денатурированное состояние. Аминокислоты, находящиеся в белках, связаны друг с другом пептидными связями. Линейная последовательность аминокислот в белке уникальна для каждого индивидуального белка; информация о ней содержится в участке молекулы ДНК, называемой геном. Белкиферменты(каталитическая функция); сократительные(мышечные) белки(актин,миозин); ядерные белки(гистоновые и негистоновыерегулируют работу генов); белки-гормоны(инсулин-снижает ур-нь глюкозы); защитная ф-я белков(интерферон,фибрин,фибриногенсвертывание крови); структурные белки(коллаген-в соединительных тканях; кератин-в волосах,ногтях;эластин-в кровеносных сосудах); транспортная ф-я(гемоглобин).Белки входят во все основные структурные компоненты клеток, тканей и органов, выполняют ферментативные функции, участвуют в переносе веществ через мембраны.

3.Аминокислоты-структурные эл-ты белка.

Классификация, физико-химические св-ва. Общность строения ,оптическая изомерия, амфотерность ,сродство радикалов к воде.

Белки входят во все основные структурные компоненты клеток, тканей и органов, выполняют ферментативные функции, участвуют в переносе веществ через мембраны. Молекула белка состоит из последовательности аминокислот.

Ф-и аминокислот : структурную – большая часть аминокислот используется для построения белков; Анаболическую – аминокислоты являются предшественниками многих биологически активных соединений, таких как гормоны, пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды, гем, креатин, холин, нейромедиаторы;энергетическую – аминокислоты могут служить источниками энергии, при длительном голодании или избыточном употреблении белков. Аминокислоты не депонируются в организме.

Классификация аминокислот :

-

незаменимые(фенилаланин,метионин,треонин,триптофан,валин,лизи н,лейцин, изолейцин; те аминокислоты, синтез которых сложен и неэкономичен для организма, очевидно, выгоднее получать с пищей. Такие аминокислоты называют незаменимыми)

-частично заменимые(аргинин,гистидин-обр-ся в самом организме ; помимо синтезированных,нужно дополнительное поступление )

- условно заменимые(тирозин,цистеин-для синтеза нужны незаменимые аминокислоты; для тирозина-фенилаланин,для цистеина-метионин)

-заменимые(глицин,глутамин,аспарагин,серин,пролин,аланин ; легко синтезируются в клетках )

Общая структурная особенность аминокислотналичие амино- и карбоксильных групп; при нейтральных рН они находятся в виде биполярных ионов.

По хим-му строению их можно разделить на: алифатические; ароматические; гетероциклические; Отрицательно заряженные аминокислоты. Сюда относятся

аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Имеют дополнительную СООН-группу в радикале - в нейтральной среде приобретают отрицательный заряд. Положительно заряженные аминокислоты: аргинин, лизин и гистидин. Имеют дополнительную NH2 -группу (или имидазольное кольцо, как гистидин) в радикале - в нейтральной среде приобретают положительный заряд.Оптическая изомерия (энантиомерия) — разновидность пространственной изомерии,которач проявляется способностью некоторых веществ поворачивать плоскость поляризованного луча в противоположные стороны, т.е. способны вращать плоскость поляризации света. Все входящие в состав живых организмов α-аминокислоты, кроме глицина, содержат асимметричный атом углерода (треонин и изолейцин содержат два асимметричных атома) и обладают оптической активностью. Почти все встречающиеся в природе α- аминокислоты имеют L-форму(левовращающие), и лишь L- аминокислоты включаются в состав белков, синтезируемых на рибосомах.Амфотерность- способность некоторых соединений проявлять в зависимости от условий как кислотные, так и основные свойства, это, так называемые, биполярные ионы. Амфотерность объясняет способность аминокислот и белков перемещаться в электрическом поле. Заряд аминокислоты может изменяться под влиянием среды. Если общий заряд аминокислоты равен 0, то это ее состояние называют изоэлектрическим. Величина рН, при которой заряд аминокислоты равен 0, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ).Атом кислорода сильнее притягивает электроны, чем атомы водорода, поэтому электронное облако смещено в сторону кислорода. Степень полярности определяется величиной частичных зарядов и расстоянием между центрами тяжести этих зарядов. Таким образом, молекула воды является диполем. Общий фрагмент обладает полярными свойствами, потому что содержит карбоксильную группу -COOH (при физиологическом значении pH эта группа заряжена отрицательно), и аминогруппы -NH2 (при физиологическом значении pH заряжена положительно).

4.Структурная организация белков. Типы связей.

Линейная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи называется первичной структурой белка. Первичная структура каждого индивидуального белка закодирована в молекуле ДНК (участке, называемом геном) и реализуется в ходе транскрипции (переписывания информации на мРНК) и трансляции (синтез пептидной цепи). Вторичная структура белков - это пространственная структура, образующаяся в результате взаимодействий между функциональными группами пептидного остова. Она возникает в результате образования водородных связей внутри одной полипептидной цепи (спиральная конфигурация) или между двумя полипептидными цепями (складчатые слои). У большинства белков спиральные и неспиральные участки полипептидной цепи складываются в трехмерное образование шаровидной формы — глобулу (характерна для глобулярных белков). Глобула определенной конфигурации является третичной структурой белка. Такая структура стабилизируется ионными, водородными, ковалентными дисульфидными связями (образуются между атомами серы, входящими в состав цистеи-на, цистина и мегионина), а также гидрофобными взаимодействиями. Многие белки с особо сложным строением состоят из нескольких полипептидных цепей (субъединиц), образуя четвертичную структуру белковой молекулы. Такая структура имеется, например, у глобулярного белка гемоглобина. Его молекула состоит из четырех отдельных полипептидных субъединиц (протомеров), находящихся в третичной структуре, и небелковой части — гема.

Типы связей между аминокислотами в молекуле белка. 2 группы: 1. КОВАЛЕНТНЫЕ СВЯЗИ - обычные прочные химические связи.

а) пептидная связь(формируется за счет COOH-группы одной аминокислоты и NH2-группы соседней аминокислоты)

б) дисульфидная связь(цистеин - аминокислота, которая в радикале имеет SH-группу, за счет которой и образуются дисульфидные связи; может возникать между разными участками одной и той же полипептидной цепи, тогда она удерживает эту цепь в изогнутом состоянии. Если дисульфидная связь возникает между двумя полипептидами, то она объединяет их в одну молекулу)

2. НЕКОВАЛЕНТНЫЕ (СЛАБЫЕ) ТИПЫ СВЯЗЕЙ - физикохимические взаимодействия родственных структур. В десятки раз слабее обычной химической связи. Очень чувствительны к физикохимическим условиям среды. Они неспецифичны, то есть соединяются друг с другом не строго определенные химические группировки, а самые разнообразные химические группы, но отвечающие определенным требованиям.

а) Водородная связь(связь, возникающая между двумя электроотрицательными атомами за счет атома водорода, который соединен с одним из электроотрицательных атомов ковалентно)

б) Ионная связь(возникает между положительно и отрицательно заряженными группировками)

в) Гидрофобное взаимодействие(неспецифическое притяжение, возникающее в молекуле белка между радикалами гидрофобных аминокислот - вызывается силами Ван-дер-Ваальса и дополняется выталкивающей силой воды).

5.Физико-химические св-ва белков. Денатурация.

Использование процесса денатурации.

Водные растворы белков имеют свои особенности. Во-первых, белки обладают большим сродством к воде, т.е. они гидрофильны. Это значит, что молекулы белка, как заряженные частицы, притягивают к себе диполи воды, которые располагаются вокруг белковой молекулы и образуют водную или гидратную оболочку. Эта оболочка предохраняет молекулы белка от склеивания и выпадения в осадок.Однако белковые молекулы имеют очень большие размеры, поэтому белки не могут образовывать истинных растворов, а только коллоидные. Наиболее характерными физико-химическими свойствами белков являются высокая вязкость растворов, незначительная диффузия, способность к набуханию в больших пределах, оптическая активность, подвижность в электрическом поле, низкое осмотическое давление и высокое онкотическое давление. Белки, как и аминокислоты, амфотерны благодаря наличию свободных NH2- и СООН-групп. Для них характерны все свойства кислот и оснований. Белки обладают явно выраженными гидрофильными свойствами.ДЕНАТУРАЦИЯ - это лишение белка его природных, нативных свойств, сопровождающееся разрушением четвертичной (если она была), третичной, а иногда и вторичной структуры белковой молекулы, которое возникает при разрушении дисульфидных и слабых типов связей, участвующих в образовании этих структур. Первичная структура при этом сохраняется, потому что она сформирована прочными ковалентными связями. Факторы, которые вызывают денатурацию белков, можно разделить на физические и химические: физическиевысокие температуры, УФлучи, ультразвук; химическиекислоты и щелочи, органические растворители. Для практических целей иногда используют процесс денатурации в «мягких» условиях, например при получении ферментов или других биологически активных белковых препаратов в условиях низких температур в присутствии солей и при соответствующем значении рН.

6.Белки как амфотерные электролиты. Поведение

белков в электрическом поле. Электрофорез. Применение его в мед-не. Изоэлектрическая точка белков. Определение суммарного заряда белка.

Важнейшим свойством белков является их способность проявлять как кислые так и основные, то есть выступать в роли амфотерных электролитов. Это обеспечивается за счет различных диссоциирующих группировок, входящих в состав радикалов аминокислот. Например, кислотные свойства белку придают карбоксильные группы аспарагиновой глутаминовой аминокислот, а щелочные - радикалы аргинина, лизина и гистидина. Эти же группировки имеют и электрические заряды, формирующие общий заряд белковой молекулы. В белках, где преобладают аспарагиновая и глутаминовая аминокислоты, заряд белка будет отрицательным, избыток основных аминокислот придает положительный заряд белковой молекуле. Вследствие этого в электрическом поле белки будут передвигаться к катоду или аноду в зависимости от величины их общего заряда. Так, в щелочной среде (рН 7 - 14) белок отдает протон и заряжается отрицательно, тогда как в кислой среде (рН 1 - 7) подавляется диссоциация кислотных групп и белок становится катионом. Таким образом, фактором, определяющим поведение белка как катиона или аниона, является реакция среды, которая определяется концентрацией водородных ионов и выражается величиной рН. Однако при определенных значениях рН число положительных и отрицательных зарядов уравнивается и молекула становится электронейтральной, т.е. она не будет перемещаться в электрическом поле. Такое значение рН среды определяется как изоэлектрическая точка белков. При этом белок находится в наименее устойчивом состоянии и при незначительных изменениях рН в кислую или щелочную сторону легко выпадает в осадок.Электрофорезнаправленное движение коллоидных частиц под действием внешнего электрического поля. Электрофорез исп-ся в физиотерапии. Лечебное вещество наносится на прокладки электродов и под действием электрического поля проникает в организм через кожные покровы (в терапии, неврологии, травматологии и др.) или слизистые оболочки (в стоматологии, ЛОР, гинекологии и др.) и влияет на физиологические и патологические процессы непосредственно в месте введения. Электрический ток также оказывает нервно-рефлекторное и гуморальное действие.

представители протеинов и протеидов. Биологические функции белков.

В основе классификации лежат разные принципы: 1)по степени сложности (простые и сложные);

2) по форме молекул (глобулярные и фибриллярные белки); 3)по растворимости в отдельных растворителях (водорастворимые,

растворимые в слабых солевых растворах — альбумины, спирторастворимые — проламины, растворимые в щелочах — глютелины),; 4)по выполняемым ими функциям, например запасные белки,

скелетные, белкиферменты, гормоны и т. д.

По степени сложности белки делят на протеины (простые белки), состоящие только из остатков аминокислот, и протеиды (сложные белки), состоящие из белковой (апобелок) и небелковой частей (простетическая группа). Протеины — запасные, скелетные, отдельные ферментные белки. К ним относят:

-альбумины — белки с относительно небольшой молекулярной массой, хорошо растворимые в воде и в слабых солевых растворах; типичный представитель альбуминовбелок яйца — овальбумин; -глобулины — растворяются в водных растворах солей. Это очень распространенные белки, входят в состав мышечных волокон, крови, молока, они составляют большую часть семян бобовых и масличных культур. Представителем глобулинов животного происхождения является лактоглобулин молока; к глобулинам принадлежат глобулины крови и мышечный белок миозин.

-проламины — растворяются в 60—80 %-ном растворе этилового, спирта. Это характерные белки семян злаков, например: глиадин — пшеницы и ржи, зеин — кукурузы, авенин — овса, гордеин — ячменя; -глютелины — растворяются только в растворах щелочей. Из них

следует выделить оризенин из семян риса и глютенин клейковинных белков пшеницы.

Протеиды — из этой группы сложных белков отметим только следующие:

-нуклеопротеиды — кроме белка включают нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты относятся к важнейшим биополимерам, которым принадлежит огромная роль в наследственности; -липопротеиды — содержат кроме белка липиды. Содержатся в протоплазме и мембранах. Принимают участие в формировании клейковинных белков; -фосфопротеиды — кроме белка присутствует фосфорная кислота.

Им принадлежит важная роль в питании молодого организма. Пример: казеин — белок молока.

Белки выполняют множество самых разнообразных функций, характерных для живых организмов: каталитическая(ферменты), регуляторная(гормоны), транспортная(гемоглобин), защитная(свертывание крови, иммуноглобулины), сократительная(актин и миозин), структурная(коллаген, кератин).

8.Нуклеопротеиды.Химический состав белковой и

простетической группы. Структурные компоненты нукл. кислот. Номенклатура нуклеотидов, нуклеозидов, азотистых оснований. Их химическое строение.

Нуклеопротеиды, широко распространённые в природе комплексы нуклеиновых кислот с белками. В зависимости от характера входящей в состав Н. нуклеиновой кислоты различают дезоксирибонуклеопротеиды (ДНП) и рибонуклеопротеиды (РНП). ДНП содержатся в ядрах всех клеток (составляют основу ядерного вещества — хроматина) и в головках сперматозоидов. Белковым компонентом ДНП служат преимущественно белки основного характера — гистоны; в головках сперматозоидов некоторых животных (главным образом птиц и рыб) присутствуют белки с более мелкими молекулами — протамины. Гистоны и протамины при нейтральных рН несут большой положительный заряд, что обеспечивает возможность сильного электростатического взаимодействия с отрицательно заряженными нуклеиновыми кислотами. Полагают, что белки в ДНП располагаются в желобках двойной спирали ДНК, стабилизируя её структуру и выполняя определённые биологической функции (регуляция матричной активности ДНК). Из РНП состоят многие вирусы, информосомы, рибосомы. Нуклеопротеиды имеют важное значение, т.к. их небелковая часть представлена ДНК и РНК. Простетическая группа представлена в основном гистонами и протаминами. Такие комплексы ДНК с гистонами обнаружены в сперматозоидах, а с гистонами - в соматических клетках, где молекула ДНК "намотана" вокруг молекул гистонов. Нуклепротеидами по своей природе являются вне клетки вирусы - это комплексы вирусной нуклеиновой кислоты и белковой оболочки - капсида. Хромопротеиды. Являются сложными белками, простетическая группа которых представлена окрашенными соединениями. К хромопротеидам относятся гемоглобин, миоглобин (белок мышц), ряд ферментов (каталаза, пероксидаза, цитохромы), а также хлорофилл. Гликопротеиды. Представляют собой сложные белки простетическая группа которых образована производными углеводов (аминосахарами, гексуроновыми кислотами). Гликопротеиды входят в состав клеточных мембран. Фосфопротеиды. Имеют в качестве небелкового компонента фосфорную кислоту. Представителями данных белков являются казеиноген молока, вителлин (белок желтков яиц), ихтулин (белок икры рыб). Липопротеиды-ложные белки, простетическая группа которых образована липидами.

Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро) — высокомолекулярные органические соединения, биополимеры (полинуклеотиды), образованные остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации. Полимерные формы нуклеиновых кислот называют полинуклеотидами. Цепочки из нуклеотидов соединяются через остаток фосфорной кислоты (фосфодиэфирная связь). Поскольку в нуклеотидах существует только два типа гетероциклических молекул, рибоза и дезоксирибоза, то и имеется лишь два вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК).

Мономерные формы также встречаются в клетках и играют важную роль в процессах передачи сигналов или запасании энергии. Наиболее известный мономер РНК — АТФ, аденозинтрифосфорная кислота, важнейший аккумулятор энергии в клетке.Нуклеиновая кислота включает: азотистое основание, сахар(пентоза), остаток фосфотрной кислоты, а нуклеозид не имеет фосфорной кислоты. В состав нуклеиновый кислот входят два производных пурина – аденин и гуанин и три производных пиримидина – цитозин, урацил (в РНК) и тимин (в ДНК).

Номенклатура: нуклеотид-пример- дезоксиаденозин-5- монофосфат; нуклеозид-дезокситимидин

Азотистые основания — это ароматические гетероциклические соединения, производные пиримидина или пурина. Пять соединений этого класса являются основными структурными компонентами нуклеиновых кислот. Общими для всей живой материи. Пуриновые основания аденин (Ade, но не А) и гуанин (Guа), а также пиримидиновое основание цитозин (Cyt), входят в состав ДНК и РНК. Соединения азотистых оснований с рибозой или 2- дезоксирибозой (см. с. 44) носят название нуклеозиды. Так, например, аденин и рибоза образуют нуклеозид аденозин. Соответствующие производные других азотистых оснований носят названия гуанозин (G), уридин (U), тимидин (T) и цитидин (С). Если углеводный остаток представлен 2-дезоксирибозой образуется дезоксинуклеозид, например 2'-дезоксиаденозин.

9.Гемоглобин,строение и св-ва.Окси-,карбокси-,

карб- и метгемоглобин. Вариации первичной структуры и св-ва гемоглобина. Гемоглобинопатии.

Гемоглобинбелки,5 находящиеся в эритроцитах.

Важнейшие функции: -перенос кислорода из легких к

Гемоглобин является сложным белком класса хромопротеинов, то есть в качестве простетической группы здесь выступает особая пигментная группа, содержащая химический элемент железо — гем. Гемоглобин человека является тетрамером, то есть состоит из четырёх субъединиц. У взрослого человека они представлены полипептидными цепями α1, α2, β1 и β2. Субъединицы соединены друг с другом по принципу изологического тетраэдра. Основной вклад во взаимодействие субъединиц вносят гидрофобные взаимодействия. Гем представляет собой комплекс протопорфирина IX, относящегося к классу порфириновых соединений, с атомом железа(II).

Гемоглобин - основной дыхательный пигмент и главный компонент эритроцита, выполняющий важные функции в организме человека: перенос кислорода из легких в ткани и углекислого газа из тканей в легкие. Он также играет существенную роль в поддержании кислотно-основного равновесия крови. Буферная система, создаваемая гемоглобином, способствует сохранению рН крови в определенных пределах.

В крови гемоглобин существует по крайней мере в четырех формах: -оксигемоглобин(гемоглобин + кислород); -дезоксигемоглобин(форма гемоглобина, в которой он способен присоединять др. соединения); -карбоксигемоглобин(гемоглобин + угарный газ);

-метгемоглобин(в геомглобине железо окислилось до степени +3). Важность первичной структуры белков для формирования их конформации и функции можно проследить на примерах наследственных заболеваний, связанных с изменением первичной структуры гемоглобина. В настоящее время известно около 300 вариантов НЬА, имеющих в первичной структуре ?- или ?-цепей лишь небольшие изменения. Некоторые из них почти не влияют на функцию белка и здоровье человека, другие снижают функцию белка и особенно в экстремальных ситуациях снижают возможность адаптации человека, третьи - вызывают значительные нарушения функций НbА и развитие анемии, что приводит к тяжёлым клиническим последствиям. Возможные изменения: замена аминокислоты на поверхности гемоглобина; изменения аминокислотного состава в области активного центра гемоглобина; изменения аминокислотного состава, деформирующие третичную структуру гемоглобина;

Гемоглобинопатии (от гемоглобин и греч. páthos — страдание, болезнь), гемоглобинозы, состояния, обусловленные присутствием в красных кровяных тельцах (эритроцитах) одного или нескольких аномальных (патологических) гемоглобинов. Выделено свыше 50 патологических разновидностей гемоглобина, возникших в результате врождённого, передаваемого по наследству дефекта образования белковой части гемоглобина — глобина. При аномалиях гемоглобина нарушаются физико-химические свойства эритроцитов, обменные процессы в них; эритроциты становятся менее устойчивыми к различным гемолизирующим факторам. Наиболее распространены и отличаются тяжестью проявлений серповидноклеточная (дрепаноцитарная) анемия и талассемия. Серповидноклеточная анемия (HbS) связана с наличием в эритроцитах патологического гемоглобина S (первая буква англицская side — серп). При этой форме Г. эритроциты в условиях снижения парциального давления кислорода в окружающей среде приобретают форму серпа. При увеличении в крови количества серповидных эритроцитов нарастает вязкость крови, замедляется кровоток, происходит разрушение серповидных эритроцитов, развиваются тромбозы в различных органах. У практически здоровых носителей HbS серповидность эритроцитов и появление признаков заболевания могут наступить лишь в условиях гипоксии. Поэтому всем носителям HbS противопоказаны служба в авиации, а также полёты на самолётах без достаточного кислородного обеспечения. Талассемия — заболевание, распространённое в средиземноморских странах. Характеризуется значительным повышением содержания HbF в крови. Полагают, что при этом образование нормального гемоглобина HbA подавлено. Нарушено также образование железосодержащей части гемоглобина (гема). Различают большую, малую и минимальную талассемию. Для всех форм талассемии характерно наличие в крови "мишеневидных" эритроцитов, в которых гемоглобин расположен в центре клетки в виде мишени.

10.Хромопротеиды.Гемоглобин,миоглобин,катала

за,цитохромоксидаза,цитохромы.Их хим-я природа и значение для организма.

Хромопротеидысложные белки, содержащие окрашенные простетические (небелковые) группы. Наиболее обширную группу Х. составляют железосодержащие белки гемопротеиды, к которым относятся цитохромы (переносчики электронов в процессах клеточного дыхания, при фотосинтезе, в системах гидроксилирования), некоторые ферменты (каталаза, пероксидаза), дыхательные пигменты (гемоглобин, миоглобин). Гемоглобин выполняет в организме важную роль переносчика кислорода и принимает участие в транспорте углекислоты. Он состоит из белка глобина и четырёх молекул гема. Молекула гема, содержащая атом железа, обладает способностью присоединять и отдавать молекулу кислорода. При этом валентность железа, к которому присоединяется кислород, не изменяется, т. е. железо остаётся двухвалентным. Миоглобин — кислород-связывающий белок скелетных мышц и мышцы сердца.Миоглобинбелок в мышцах, принимающий кислород от гемоглобина и хранящий его там до того момента, когда он потребуется для окисления пищевых веществ. Эти процессы в организме сопряжены с одновременным переносом углекислого газа, переправляемого из тканей в легкие, в основном в виде бикарбоната. Перенос бикарбоната и углекислого газа идет также при содействии гемоглобина. Он способен связывать до 14% общего количества кислорода в организме. Это его свойство играет важную роль в снабжение кислородом работающих мышц. Каталаза - фермент класса оксиредуктаз . Хромопротеид , состоит из четырех идентичных субъединиц. Катализирует разложение H2O2 до воды и кислорода. Она широко распространена в тканях (особенно много ее в печени). Каталаза - один из основных ферментов разрушения активных форм кислорода. Каталаза является основным первичным антиоксидантом системы защиты, который катализирует разложение перекиси водорода до воды. Каталаза-это тетрамерный гемсодержащий белок , который образуется в в цитозоле в виде мономеров, не содержащих гем. Мономеры переносятся в просвет пероксисом и там собираются в тетрамеры в присутствии гема. Цитохромоксидаза, цитохромфермент класса оксидоредуктаз; катализирует конечный этап переноса электронов на кислород в процессе окислительного фосфорилирования. Фермент,содержащий железо и медь, катализирующий перенос электронов с цитохрома С на молекулярный кислород; участвует в процессах тканевого дыхания. Окисление цитохрома с сопровождается появлением мембранного протонного потенциала , к-рый используется клеткой для обеспечения всех видов работ, выполняемых биомембранами, и в первую очередь для синтеза АТФ. Функция оксидазы - восстановление кислорода с помощью электронов цитохрома с и транспорт протонов сквозь клеточную мембрану. В процессе катализа оксидазы из одной молекулы O2 получается две молекулы H2O. Четыре электрона из четырех молекул цитохрома используются в виде восстанавителя. Кроме того, для получения воды нужны протоны из матрикса митохондрий. Энергия, полученная в этом процессе, используется для создания трансмембранного протонного градиента (градиент также создается во время двух других реакций дыхательной электронтранспортной цепи). Один цикл реакции способствует транспорту четырех протонов из внутреннего отделения митохондрий в интермембранное пространство.

11.Гликопротеиды,строение и функции.

Гликозаминогликаны и протеогликаны. Сиаловые кислоты, гепарин, гиалуроновая кислота, хондроитинсерная кислота.

Гликопротеиды, сложные белки, содержащие углеводы. Гликопротеины широко распространены в природе. К ним относятся важные компоненты сыворотки крови (иммуноглобулины, трансферины и др.), групповые в-ва крови, определяющие групповую принадлежность крови человека и животных, антигены мн. вирусов (гриппа, кори, энцефалита и др.). По одной из классификаций гликопротеины делятся на: собственно гликопротеиды (гаптоглобин, фибриноген, тиреоглобулин и др.); мукопротеиды (комплексы белков с гиалуроновой, Хондороитинсерной к-тами, гепарином); мукопротеины (a1-кислый гликопротеид, фетуин, группоспецифич. вещества крови и др.). Гликопротеиды входят в состав клеточных мембран. Гликозаминогликаны(мукополисахариды) — углеводная часть углеводсодержащих биополимеров гликозаминопротеогликанов или протеогликанов. Гликозаминогликаны в составе протеогликанов входят в состав межклеточного вещества соединительной ткани, содержатся в костях, синовиальной жидкости, стекловидном теле и роговице глаза. Вместе с волокнами коллагена и эластина, протеогликаны образуют соединительнотканный матрикс (основное вещество). Один из представителей гликозаминогликанов — гепарин, обладающий противосвёртывающей активностью, находится в межклеточном веществе ткани печени, лёгких, сердца, стенках артерий. Протеогликаны покрывают поверхность клеток, играют важную роль в ионном обмене, иммунных реакциях, дифференцировке тканей. Молекулы гликозаминогликанов состоят из повторяющихся звеньев, которые построены из остатков -уроновых кислот (D-глюкуроновой или L-идуроновой) и сульфатированных и ацетилированных аминосахаров. Кроме указанных основных моносахаридных компонентов, в составе гликозаминогликанов в качестве так называемых минорных сахаров встречаются L-фукоза, сиаловые кислоты, D-манноза и D-ксилоза. В их состав обязательно входят остатки мономера либо глюкозамина, либо галактозамина. Второй главный мономер дисахаридных единиц также представлен двумя разновидностями: D-глюкуроновой и L-идуроновой кислотами.Биол, роль гликозаминогликанов в организме велика: они участвуют в осуществлении опорной функции, проницаемости клеточных мембран, "склеивании" соединительнотканных волокон, смазывании суставных поверхностей и клеток, в процессах роста, дифференцировки и регенерации тканей, оплодотворения и размножения, в водно-солевом обмене между клетками и межклеточной жидкостью, в осуществлении реакций иммунитета. В межклеточном веществе многих органов (печени, легких, сердца, сосудов) содержатся гепарин и дерматансульфат, препятствующие свертыванию крови. ПРОТЕОГЛИКАНЫ - углевод-белковые компоненты животных тканей, в к-рых полисахаридные цепи ковалентно связаны с белком, занимающим в молекуле центр. положение.Функции протеогликанов: создание гидратированного пространства между клетками; регулирование активности сигнальных молекул (связывание сигнальных молекул с протеогликанами может усиливать или ингибировать активность сигнальных молекул). Нейраминовая (сиаловая) кислота. Нейраминовая кислота является компонентом простатической группы углеводосодержащих белков крови. Она играет важную роль в процессах жизнедеятельности организма. Так, отсутствие нейраминовой кислоты ведет к потере активности транскортина; в составе сиалому-копротеидов она обладает способностью связывать вирусы и т. д. У человека в норме наибольшее количество Сиаловая кислота обнаруживается в слюнных железах, в секретах различных слизистых оболочек, а также в сыворотке крови, где их содержание резко повышается при ряде заболеваний. Сиаловые кислоты являются полифункциональными соединениями с сильными кислотными свойствами. Гепарин известен прежде всего как антикоагулянт. Он синтезируется тучными клетками, которые являются разновидностью клеточных элементов соединительной ткани. Синтезируется в тучных клетках, скопления которых находятся в органах животных, особенно в печени, лёгких, стенках сосудов. По химической природе Г. — серусодержащий мукополисахарид, состоящий из глюкозамина, глюкуроновой кислоты и связанных с ними остатков серной кислоты. Гепарин получают из печени и лёгких крупного рогатого скота. Применяют в медицине как антикоагулянт для профилактики и лечения тромбозов, в форме инъекций и в виде мазей.Гиалуроновая к-та- широко распространена в тканях животных и человека, существенный компонент основного вещества соединительной ткани. Гиалуроновая кислота регулирует водный баланс кожи, её тонус и упругость, сохраняя при этом внешнюю гладкость и подтянутость – тургор кожи. Гиалуроновая кислота связывает воду в межклеточных пространствах, повышая тем самым сопротивление тканей сжатию. Гиалуроновую кислоту вырабатывают клетки соединительной ткани фибробласты. Хондроитинсерные кислотыхондроитинсульфаты, полисахариды, составляющие основу хрящевой и костной ткани, роговицы и некоторых др. видов соединительной ткани. Различают три вида Х. к. — А, В и С. Кислоты А и С представляют собой линейные гетерополимеры, состоящие из чередующихся остатков N- ацетилгалактозамина и D-глюкуроновой кислоты и различающихся лишь положением остатка серной кислоты. Х. к. В, называют также дерматосульфатом и b-гепарином, вместо D-глюкуроновой кислоты содержит её изомер — a-идуроновую кислоту. В природных источниках Х. к. встречаются в комплексе с белком, с которым они связаны ковалентной связью.

12.Фосфопротеиды,значение.Металлопротеиды и

их роль.

Фосфопротеиды, фосфопротеины, сложные белки, в состав которых входит фосфорильная группа, присоединённая к аминокислотным остаткам полипептидной цепи белка. Обычно фосфорильная группа (–PO32-) присоединена к молекулам Ф. через остатки аминокислот серина или треонина. К Ф. относятся: казеин – один из основных белков молока, овальбумин и вителлин – белки куриного яйца, фосфорилированные модификации гистонов, ферменты РНКполимеразы, некоторые фосфотрансферазы, фосфатазы и др. Ф. широко распространены в живых организмах, участвуя в обмене веществ, регуляции ядерной активности клетки, транспорте ионов и окислительных процессах в митохондриях. Имеют определенно выраженный кислотный характер. Главнейшим представителем фосфопротеидов является казеин молока. Он обладает настолько ясно выраженным кислотным характером, что разлагает углекислые соли с выделением углекислого газа. Казеин растворяется в слабых растворах щелочей, образуя с ними соли. Соли казеина называются казеинатами. При нагревании казеин не свертывается. При действии кислот на соли казеина он выделяется в свободном виде. Этим объясняется свертывание молока при прокисании. Фосфор относится к жизненно необходимым веществам, он входит в состав всех тканей организма, особенно мышц и мозга, участвует во всех видах обмена веществ, необходим для нормального функционирования нервной системы, сердечной мышцы и т. д. В тканях организма и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной кислоты и органических соединений фосфорной кислоты (фосфатов). Металлопротеины (металлопротеиды) — сложные белки, в состав молекул которых входят также ионы одного или нескольких металлов.Многие металлопротеины играют важную физиологическую роль. Типичными металлопротеинами являются белки, содержащие негемовое железо — трансферрин, ферритин, гемосидерин, имеющие важное значение в обмене железа в организме. Металлопротеины часто являются ферментами. Ионы металлов в этом случае:участвуют в ориентации субстрата в активном центре фермента; входят в состав активного центра фермента и участвуют в катализе, являясь, например, акцепторами электронов на определенной стадии ферментативной реакции.

-медь – цитохромоксидаза, в комплексе с другими ферментами дыхательной цепи митохондрий участвует в синтезе АТФ, -железо – ферритин, депонирующий железо в клетке, трансферрин, переносящий железо в крови,

-цинк – алкогольдегидрогеназа, обеспечивающая метаболизм этанола и других спиртов, лактатдегидрогеназа, участвующая в метаболизме молочной кислоты, карбоангидраза, образующая угольную кислоту из CO2 и H2O, щелочная фосфатаза, гидролизующая фосфорные эфиры различных соединений, α2-макроглобулин, антипротеазный белок крови.

-кальций – α-амилаза слюны и панкреатического сока, гидролизующая крахмал.

Биологическая роль: депо и транспорт железа (ферритин, трансферрин), депо и транспорт меди (церулоплазмин) и др.

13.Липоротеиды,строение,представители,роль.Тра

нспортные липопротеиды крови.

Липопротеиды, липопротеины, комплексы белков и липидов. Липопротеины представляют собой комплексы, состоящие из белков (аполипопротеинов; сокращенно — апо-ЛП) и липидов, связь между которыми осуществляется посредством гидрофобных и электростатических взаимодействий. Липопротеины подразделяют на свободные, или растворимые в воде (липопротеины плазмы крови, молока и др.), и нерастворимые, т. н. структурные (липопротеины мембран клетки, миелиновой оболочки нервных волокон, хлоропластов растений).Представлены в растительных и животных организмах в составе всех биологических мембран, пластинчатых структур (в миелиновой оболочке нервов, в рецепторных клетках сетчатки глаза) и в свободном виде в плазме крови. Л. различаются по химическому строению и соотношению липидных и белковых компонентов. По скорости оседания при центрифугировании Л. подразделяют на 4 главных класса: 1) Л. высокой плотности; 2) Л. низкой плотности; очень низкой плотности;4) хиломикроны. Липопротеиды высокой плотности переносят жирные кислоты, холестерин, фосфолипиды, триглицериды. Проникая в стенку сосуда, они не только не "разваливаются" с высвобождением холестерина, а наоборот "захватывают" его и уносят в печень. Они являются самыми важными факторами обратного транспорта холестерина из тканей в печень, где происходит его катаболизм. Хиломикроны – частицы, которые образуются в слизистой кишечника с пищевого жира и содержат преимущественно триглицериды. Они поступают в системный кровоток через грудной лимфатический протоки метаболизируются ферментом, который локализируется на поверхности эндотелия сосудов – липопротеидлипазой. Липопротеиды очень низкой плотности образуются в печени, содержат 10-15% от общего холестерина и обогащены триглицеридами. В метаболизме липопротеидов очень низкой плотности также принимает участие липопротеидлипаза. В результате липопротеиды очень низкой плотности трансформируются в более мелкие частицы (ЛППП), почти половина которых у здоровых людей выводится печенью, другие деградирют в липопротеиды низкой плотности. Некоторые формы остаточных липопротеидов очень низкой плотности являются атерогенными. Липопротеиды промежуточной плотности являются промежуточной фазой липопротеидов очень низкой плотности. Они также атерогенны. Липопротеиды низкой плотности содержат 60-70% общего холестерина сыворотки крови. Они считаются основными переносчиками холестерина к периферическим тканям.Они осуществляют транспорт липидов как экзогенного (пищевого), так и эндогенного происхождения. Отдельные липопротеины захватывают избыточный холестерин из клеток периферических тканей для транспорта его в печень, где происходит его окисление в желчные кислоты и выведение с желчью. С участием ЛП транспортируются также жирорастворимые витамины и гормоны. Плазменные липопротеины имеют сферическую форму. Внутри находится жировая «капля», содержащая неполярные липиды (ТГ и эстерифицированный ХС) и формирующая ядро ЛП-частицы.

14.Углеводы,роль.Моносахариды,представители и

св-ва. Наследственные нарушения обмена галактозы. Глюкоза.

Углеводы-содержат 2 компонента-углерод и воду. точки зрения химии углеводы являются органическими веществами, содержащими неразветвленную цепь из нескольких атомов углерода, карбонильную группу, а также несколько гидроксильных групп. По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на две группы(по количеству мономеров): простые (моносахариды) и сложные (олигосахариды и полисахариды). Сложные углеводы, в отличие от простых, способны гидролизоваться с образованием простых углеводов, мономеров. Простые углеводы легко растворяются в воде. Биологическая роль и биосинтез углеводов:

-выполняют структурную функцию, то есть участвуют в построении различных клеточных структур (например, клеточных стенок растений);

-выполняют пластическую функцию — хранятся в виде запаса

питательных веществ, а также входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК;

-являются основным энергетическим материалом;

-участвуют в обеспечении осмотического давления и осморегуляции. Так, в крови содержится 100—110 мг/% глюкозы. От концентрации

глюкозы зависит осмотическое давление крови; - выполняют рецепторную функцию — многие олигосахариды входят

в состав воспринимающей части клеточных рецепторов или молекуллигандов.

Представители:

1)моносахариды:- глюкоза или виноградный сахар, или декстроза встречается в соке многих фруктов и ягод, в том числе и винограда, отчего и произошло название этого вида сахара. Является шестиатомным сахаром (гексозой). Как и все альдегиды, глюкоза легко окисляется. Также обладает специфическими свойствами:а) спиртовое брожение с образованием этилового спирта и углекислого газа C6H12O6-> 2 C2H5OH+ 2 CO2,

б) молочно-кислое брожение с образованием молочной кислоты, в) маслянокислое брожение, при котором образуется масляная

кислота ,и выделяются углекислый газ и водород. Глюкоза — основной продукт фотосинтеза. Глюкозу используют при интоксикации (например при пищевом отравлении или деятельности инфекции), вводят внутривенно струйно и капельно, так как она является универсальным антитоксическим средством.

-фруктоза, или плодовый сахар C6H12O6 — моносахарид, который в свободном виде присутствует почти во всех сладких ягодах и плодах.

-манноза — моносахарид с общей формулой C6H12O6 (эпимер глюкозы); компонент многих полисахаридов и смешанных биополимеров растительного, животного и бактериального

происхождения. В свободном виде обнаружена в плодах многих цитрусовых.

2)олигосахариды:- сахароза C12H22O11, или свекловичный сахар, тростниковый сахар, в быту просто сахар — дисахарид, состоящий из двух моносахаридов — α-глюкозы и β-фруктозы; она встречается во многих фруктах, плодах и ягодах. Особенно велико содержание сахарозы в сахарной свёкле и сахарном тростнике, которые и используются для промышленного производства пищевого сахара.Сахароза имеет высокую растворимость.

- мальтозасолодовый сахарприродный дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы; содержится в больших количествах в проросших зёрнах (солоде) ячменя, ржи и других зерновых; обнаружен также в томатах, в пыльце и нектаре ряда растений.

- лактоза С12Н22О11 — углевод группы дисахаридов, содержится в молоке и молочных продуктах. Молекула лактозы состоит из остатков молекул глюкозы и галактозы.Лактозу иногда называют молочным сахаром.

3) полисахариды: - гликоген — полисахарид, образованный остатками глюкозы; основной запасной углевод человека и животных. Гликоген является основной формой хранения глюкозы в животных клетках. Откладывается в виде гранул в цитоплазме во многих типах клеток (главным образом печени и мышц). Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы.

- крахмал — полисахариды амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза. Формула крахмала:(C6H10O5)n. Крахмал представляет собой смесь линейных и разветвлённых макромолекул.При действии ферментов или нагревании с кислотами подвергается гидролизу. Крахмал в качестве резервного питания накапливается в клубнях, плодах, семенах растений.

- целлюлоза— [С6Н7О2(OH)3]n, полисахарид, клетчатка; главная составная часть клеточных оболочек всех высших растений. Целлюлоза состоит из остатков молекул глюкозы.

Глюкоза является одним из важнейших компонентов крови; количество ее отражает состояние углеводного обмена. Глюкоза равномерно распределяется между плазмой и форменными элементами крови с некоторым превышением ее концентрации в плазме. Содержание глюкозы в артериальной крови выше, чем в венозной, что объясняется непрерывным использованием глюкозы клетками. Уровень глюкозы в крови регулируется центральной нервной системой, гормональными факторами и функцией печени. Углеводный обмен, процессы усвоения углеводов в организме; их расщепление с образованием промежуточных и конечных продуктов (деградация, диссимиляция), а также новообразование из соединений, не являющихся углеводами (глюконсогенез), или превращение простых углеводов в более сложные. Под влиянием пищеварительных ферментов гидролаз (различного типа амилаз, гликозидаз) сложные поли- и олигосахариды подвергаются расщеплению до моносахаридов — гексоз или пентоз, которые утилизируются организмом. Полисахариды ферментативно расщепляются также фосфорилазами с образованием глюкозо-1- фосфата. Один из наиболее важных углеводов — глюкоза — является не только основным источником энергии, но и предшественником пентоз, уроновых кислот и фосфорных эфиров гексоз. Глюкоза образуется из гликогена и углеводов пищи — сахарозы, лактозы, крахмала, декстринов. Кроме того, глюкоза синтезируется в организме из различных неуглеводных предшественников (рис. 1). Этот процесс носит название глюконеогенеза и играет важную роль в поддержании гомеостаза. В процессе глюконеогенеза участвует множество ферментов и ферментных систем, локализованных в различных клеточных органеллах. Глюконеогенез происходит главным образом в печени и почках. Глюкоза является субстратом сложного энергообразующего процесса, называемого гликолизом. Помимо гликолиза, глюкоза может превращаться окислительным, или пентозофосфатным, путем, ведущим к образованию рибозы и дезоксирибозы - углеводов, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот и ряда коферментов.

15.Ферменты,история. Ферменты,как

биологические катализаторы. Роль и значение ферм-в. Химическая природа. Простые и сложные ферменты. Апофермент и кофермент.

Ферменты- катализаторы, которые способны ускорять химические реакции. В ходе реакции они претерпевают физические изменения, но по ее завершении возвращаются в исходное состояние.Ферменты являются белковыми катализаторами биохимических реакций, большая часть которых в отсутствие ферментов протекала бы крайне медленно. В отличие от небелковых катализаторов (Н+, ОН-, ионы металлов) каждый фермент способен катализировать лишь очень небольшое число реакций, часто только одну. Таким образом,

французский естествоиспытатель Р. Реомюр поставил опыты, чтобы выяснить механизм переваривания пищи в желудке хищных птиц. Он давал хищным птицам глотать кусочки мяса, заключенные в просверленную металлическую трубочку, которая была прикреплена к тонкой цепочке. Через несколько часов трубочку вытягивали из желудка птицы и выяснилось, что мясо частично растворилось. Поскольку оно находилось в трубочке и не могло подвергаться механическому измельчению, естественно было предположить, что на него воздействовал желудочный сок. Это предположение подтвердил итальянский естествоиспытатель Л. Спалланцани. В металлическую трубочку, которую заглатывали хищные птицы, Л.Спалланцани помещал кусочек губки. После извлечения трубки из губки выжимали желудочный сок. Затем нагревали мясо в этом соке, и оно полностью в нем " растворялось".Значительно позже ( 1836г) Т. Шванн открыл в желудочном соке фермент пепсин (от греческого слова pepto - "варю") под влиянием которого и происходит переваривания мяса в желудке. Эти работы послужили началом изучения так называемых протеолитических ферментов.

Ферменты действуют в очень мягких условиях: при нормальном давлении (не более нескольких атмосфер), невысокой температуре (25-40оС) и при значениях рН=4-8. Ферменты обладают очень высокой интенсивностью катализа. Например, ионы железа способны катализировать разложение перекиси водорода на воду и молекулярный кислород. Ферменты обладают высокой специфичностью действия, катализируя превращения либо одного вещества, либо близких по химической структуре группы веществ. Вещество, на которое действует фермент, называется субстратом (S). В связи с этим различают ферменты, обладающие узкой (абсолютной) субстратной специфичностью, которые избирательно действуют на один субстрат. Фермент широкой (групповой) специфичностью, действует на ряд близких по структуре субстратов. Пример фермента с абсолютной специфичностью – аргиназа, катализирующая реакцию расщепления аргинина до мочевины и орнитина. Групповой специфичностью обладает панкреатическая липаза, ускоряющая гидролиз триглицеридов (жиров), вне зависимости от содержания высших жирных кислот. Высокая интенсивность катализа при участии ферментов связана с тем, что в их присутствии снижается энергия активации – то дополнительное количество энергии, которое должно быть сообщено субстрату (S) для достижения им переходного состояния, с которого начинается любая химическая реакция. Многие болезни (врожденные нарушения метаболизма) определяются генетически обусловленными нарушениями в синтезе ферментов. При повреждении клеток (вызванном, например, недостатком кровоснабжения или воспалением) некоторые ферменты попадают в плазму крови. Диагностическая энзимология является областью медицины, использующей ферменты для диагностики и контроля за результатами лечения. Большинство ферментов для проявления ферментативной активности нуждается в низкомолекулярных органических соединениях небелковой природы (коферментах) или ионах металлов (кофакторах). Многие ферменты оказывают каталитическое действие на субстраты только в присутствии специфического термостабильного низкомолекулярного органического соединения - кофермента. В таких случаях холофермент(каталитически активный комплекс) состоит из апофермента (белковая часть) и связанного с ним кофермента.Кофермент может быть связан с апоферментом ковалентными или нековалентными связями. Термин «простетическая группа» относится к ковалентно связанному коферменту. Коферменты можно считать вторичными субстратами, т.т. они в ходе реакции они претерпевают изменения,противоположные изм-м субстрата. Ферменты бывают простыми или сложными белками, в состав которых наряду с белковым компонентом (апоферментом) входит небелковая часть — кофермент. Простые ферменты состоят только из аминокислот – например, пепсин, трипсин,лизоцим. Сложные ферменты (холоферменты) имеют в своем составе белковую часть, состоящую из аминокислот – апофермент, и небелковую часть – кофактор. Кофактор, в свою очередь, может называться коферментом или простетической группой. Примером могут быть сукцинатдегидрогеназа (содержит ФАД) (в цикле трикарбоновых кислот), аминотрансферазы (содержат пиридоксальфосфат) (функция), пероксидаза (содержит гем).

16.Изоферменты.Лактатдегидрогеназа.

ИЗОФЕРМЕНТЫ (изоэнзимы, изозимы)- это различные по аминокислотной последовательности изоформы или изотипы одного и того же фермента, существующие в одном организме, но, как правило, в разных его клетках, тканях или органах; -это ферменты, катализирующие идентичные реакции, но отличающиеся друг от друга строением и каталитических свойствами. К изоферментам относят только те формы ферментов, появление которых связано с генетически детерминированными различиями в первичной структуре пептидной цепи. Все изоферменты одного и того же фермента выполняют одну и ту же каталитическую функцию, но могут значительно различаться по степени каталитической активности, по особенностям регуляции или другим свойствам. Примером фермента, имеющего изоферменты, является гексокиназа, имеющая четыре изотипа, обозначаемых римскими цифрами от I до IV. При этом один из изотипов гексокиназы, а именно гексокиназа IV, экспрессируется почти исключительно в печени и обладает особыми физиологическими свойствами, в частности её активность не угнетается продуктом её реакции глюкозо-6-фосфатом. Ещё одним примером фермента, имеющего изоферменты, является амилаза — панкреатическая амилаза отличается по аминокислотной последовательности и свойствам от амилазы слюнных желёз, кишечника и других органов. Это послужило основой для разработки и применения более надёжного метода диагностики острого панкреатита путём определения не общей амилазы плазмы крови, а именно панкреатической изоамилазы.

Лактатдегидрогеназа- фермент класса оксидоредуктаз; катализирует обратимое восстановление пировиноградной кислоты до L-молочной кислоты с потреблением в качестве кофермента восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (НАД×Н+Н+). Известно 5 изоферментов Л., различающихся как по аминокислотному составу, так и по некоторым физическим, иммунологическим и каталитическим свойствам. Определение активности Л. в плазме крови имеет диагностическое значение. Это фермент, который участвует в процессе окисления глюкозы и образовании молочной кислоты. Лактат (соль молочной кислоты) образуется в клетках в процессе дыхания. Лактатдегидрогеназа содержится почти во всех органах и тканях человека, особенно много его в мышцах. При полноценном снабжении кислородом лактат в крови не накапливается, а разрушается до нейтральных продуктов и выводится. В условиях гипоксии (недостатка кислорода) накапливается, вызывает чувство мышечной усталости, нарушает процесс тканевого дыхания.Изофермент ЛДГ 1 присутствует в большой концентрации в мышце сердца, а также в эритроцитах и корковом веществе почек; изофермент 5 - в скелетной мускулатуре и в печени. ЛДГ 3 характерен для лёгочной ткани. В норме основным источником изоферментов ЛДГ в сыворотке являются разрушающиеся клетки крови. При повреждении тканей ЛДГ поступает из них в кровь. Определение изоферментов имеет важное диагностическое значение, т. к. повышение концентрации отдельных изоферментов характеризует повреждение конкретных органов.

17.Ингибиторы ферментов. Типы ингибирования.

Исп-е ингибиторов в качестве лекарств.

Ингибирование ферментативной активностиснижение каталитической активности фермента под действием ингибиторов. Ингибиторы ферментов принято делить на 2 класса: обратимые и необратимые.Обратимые ингибиторы связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и при определенных условиях легко отделяются от фермента. Обратимые ингибиторы бывают конкурентными и неконкурентными.

Типы ингибирования:

-конкурентное ингибирование – это обратимое снижение скорости ферментативной реакции, вызванное ингибитором, связывающимся с активным центром фермента и препятствующим образованию ферментсубстратного

комплекса. Такой тип ингибирования наблюдают, когда ингибитор – структурный аналог субстрата, в результате возникает конкуренция молекул субстрата и

ингибитора за место в активном центре фермента. В этом случае с ферментом взаимодействует либо субстрат, либо ингибитор, образуя комплексы фермент-

субстрат или фермент-ингибитор(пример конкурентного ингибирования - ингибирование сукцинатдегидрогеназной реакции малоновой кислотой. Сукцинат связывается с активным центром фермента сукцинатдегидрогеназы. В ходе ферментативной реакции происходит отщепление двух атомов водорода от сукцината и присоединение их к коферменту ФАД. В результате образуется фумарат, который высвобождается из активного центра сукцинатдегидрогеназы. Малоновая кислота –структурный аналог сукцината и может также взаимодействовать с активным центром сукцинатдегидрогеназы. При этом химическая реакция не идет; -неконкурентное ингибирование – ингибирование ферментативной реакции, при котором ингибитор взаимодействует с ферментом в участке, отличном от активного центра. Неконкурентный ингибитор связывается либо с ферментом, либо с фермент-субстратным комплексом, образуя неактивный комплекс. Присоединение неконкурентного ингибитора вызывает изменение конформации молекулы фермента таким образом, что нарушается взаимодействие субстрата с активным центром фермента, что приводит к снижению скорости ферментативной реакции; -необратимое ингибирование наблюдается в случае образования

ковалентных связей между молекулой ингибитора и фермента. Чаще всего модификации подвергается активный центр фермента. В результате фермент не может выполнять каталитическую функцию. К необратимым ингибиторам относят ионы тяжелых металлов (ртути, серебра, мышьяка), которые в малых концентрациях блокируют сульфгидрильные группы активного центра; -аллостерическими называют ферменты, действие которых «по

определению» связано с изменением формы (alios — иной, другой; stereos — форма).Активность таких ферментов регулируют вещества, действующие подобно неконкурентным ингибиторам. Эти вещества присоединяются к ферментам в особых участках, удаленных от активного центра, и меняют активность фермента, вызывая обратимое изменение в структуре активного центра. В результате меняется и способность субстрата связываться с ферментом (чем данное явление и отличается от неконкурентного ингибирования). Действующие таким образом вещества называются аллостерическими ингибиторами. Примером данного явления служит реакция, протекающая во время гликолиза, который составляет одну из стадий процесса клеточного дыхания. Клеточное дыхание служит источником АТФ. Если концентрация АТФ высока, то АТФ, действуя как аллостерический ингибитор, подавляет активность одного из ферментов гликолиза. Если же клеточный метаболизм усиливается, а следовательно, АТФ расходуется и его общая концентрация падает, то после того как ингибитор будет удален, данный метаболический путь снова вступает в действие.

Многие лекарственные препараты оказывают свое терапевтическое действие по механизму конкурентного ингибирования. Например, аммониевые основания ингибируют ацетилхолинэстеразу, катализирующую реакцию гидролиза ацетилхолина на холин и уксусную кислоту. При добавлении ингибитора активность ацетилхолинэстеразы уменьшается, концентрация ацетилхолина (субстрата) увеличивается, что сопровождается усилением проведения нервного импульса. Ингибиторы холинэстеразы используют при лечении мышечной дистрофии. Эффективные ацетилхолинэстеразные препараты – прозерин, эндрофоний.

18.Изменение активности ферментов при

заболеваниях. Наследственные энзимопатии. Определение активности фермента в плазме для диагностики.

Активность фермента меняется при различных условиях реакции и зависит от температуры, рН среды, от концентраций субстратов и кофакторов. Наследственные энзимопатии, связанные:а) с полным выпадением синтеза какого-либо фермента; б) с конституциональной слабостью отдельных звеньев ферментных

процессов. Особенно ярко значение нарушения «правила соответствия»(«кляч к замку») выявляется при наследственных энзимопатиях. В этих случаях в тканях организма в результате изменения генетической информации не продуцируется или продуцируется в недостаточных количествах какой-либо из жизненно важных ферментов. Наследственные болезни обмена аминокислот, напр., фенилкетонурия (дефект ферментов, превращающих фенилаланин в тирозин) и гистидинемия (недостаточность фермента, расщепляющего гистидин), характеризуются нарушениями функции центральной нервной системы, что проявляется изменением мышечного тонуса, судорогами, отставанием в психомоторном развитии, слабоумием и др.Для выявления наследственной патологии обмена веществ необходим тщательный генеалогический анализ (см. Медицинская генетика) и целенаправленное углубленное клиниколабораторное обследование. Основное значение в диагностике наследственных Э. имеют биохим. методы исследования (определение активности ферментов, продуктов обмена веществ), особенно в тех случаях, когда болезнь клинически не проявляется.Ферменты плазмы крови можно разделить на 2 группы. Первая, относительно небольшая группа ферментов активно секретируется в плазму крови определёнными органами. Например, печень синтезирует неактивные предшественники ферментов свёртывающей системы крови. Ко второй относят большую группу ферментов, высвобождающихся из клеток во время их нормального функционирования. Обычно эти ферменты выполняют свою функцию внутри клетки и не имеют физиологического значения в плазме крови. У здорового человека активность этих ферментов в плазме низкая и достаточно постоянная, так как постоянно соотношение скоростей высвобождения их из клеток и скоростей разрушения.При многих заболеваниях происходит повреждение клеток, и их содержимое, в том числе и ферменты, высвобождаются в кровь. К причинам, вызывающим высвобождение внутриклеточного содержимого в кровь, относят нарушение проницаемости мембраны клеток (при воспалительных процессах) или нарушение целостности клеток (при некрозе). Определение в крови активности ряда ферментов хорошо налажено в биохимических лабораториях, что используют для диагностики заболеваний сердца, печени, скелетной мускулатуры и других тканей. Измеряемая в сыворотке крови активность ферментов — результат совместной и согласованной работы клеточных структур (процессов синтеза и распада ферментов), функции мембран, скорости инактивации. Кроме того, на активность ферментов в крови значительное влияние оказывает продолжительность жизнедеятельности. Для основного числа ферментов период полураспада составляет от 10 до 120 ч. При этом ферменты с коротким периодом полураспада лучше отражают процессы, протекающие в органе.

19.Ферменты пищеварительной системы,

гидролизующие углеводы, липиды, белки.

Выделяют три основных типа пищеварения. При внеклеточном дистантном пищеварении синтезированные секреторными клетками ферменты выделяются во внеклеточную среду, где и реализуется их гидролитическое действие. Пищеварительные ферменты вырабатываются органами пищеварения и расщепляют сложные вещества пищи на более простые, легко усвояемые организмом соединения. Белки расщепляются протеазами (трипсин, пепсин и др.), углеводы -- гликозидазами (амилаза), жиры -липазами. Внутриклеточное пищеварениетиппищеварения у простейших и у некоторых наиболее примитивных многоклеточных организмов (губки, плоские черви). Оно заключается в том, что гидролиз нерасщепленных или частично расщепленных пищевых веществ, проникших внутрь клетки, осуществляется ферментами цитоплазмы. Мембранное (пристеночное, контактное) пищеварениехарактерной особенностью кишечной клетки является наличие щеточной каймы, образованной микроворсинками -- выростами плазматической мембраны клетки. Внешняя поверхность микроворсинок покрыта гликокаликсом-мелкоячеистой, состоящей из мукополисахаридных нитей. Между этими нитями располагаются адсорбированные из полости кишечника ферменты, которые расщепляют макромолекулярные соединения до олигомеров и димеров.В ротовой полости начинается первичная механическая и химическая обработка пищи: размельчение при жевании, смачивание слюной и формирование ее в пищевой комок, который затем в результате глотания поступает в пищевод и далее -- в желудок. Слюна, секретируемая слюнными железами, представляет собой слабощелочную жидкость, содержащую ферменты, неорганические соли, белок и муцин. Пищеварение в ротовой полости связано, главным образом, с расщеплением углеводов. Фермент амилаза гидролизует крахмал до мальтозы, которую затем мальтаза превращает в глюкозу. В незначительных количествах в слюне содержатся и протеолитические ферменты, расщепляющие белки. Основным ферментом, гидролизующим белки в желудке, является пепсин, который образуется из предшественника -- пепсиногена, секретируемого главными клетками фундальных желез. Превращение пепсиногена в пепсин происходит под влиянием соляной кислоты, секретируемой париетальными клетками фундальных желез. В желудочном соке находится также химозин, или сычужный фермент, створаживающий молоко в присутствии солей кальция. Фермент, гидролизующий жиры, -- липаза -- играет небольшую роль в желудочном пищеварении, т. к. он способен расщеплять только эмульгированный жир молока. Переваривание пищи в двенадцатиперстной кишке осуществляется главным образом за счет ферментов панкреатического сока при участии желчи. Протеолитические ферменты поджелудочной железы (трипсин, химотрипсин и эластаза) синтезируются в виде неактивных предшественников. Их активация происходит в нейтральной или слабощелочной среде под влиянием энтерокиназы -- эндопептидазы, секретируемой слизистой двенадцатиперстной кишки. Кроме протеаз, в панкреатическом соке присутствуют ферменты, расщепляющие жиры (панкреатическая липаза, фосфолипаза А и лецитиназа), углеводы (панкреатическая альфа-амилаза) и нуклеиновые кислоты (нуклеазы). Кишечный сок, выделяемый железами слизистой оболочки на всем протяжении тонкого кишечника, содержит многочисленные ферменты (аминопептидазу, дипептидазу, мальтазу, лактазу, фосфолипазу и др.), обеспечивающие конечные этапы переваривания белков, жиров и углеводов.

20.Особенности ферментативного катализа.

Специфичность действия ферментов.

ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ (биокатализ), ускорение биохим. р- ций при участии ферментов. Эффективность Ф. к. достигается в результате того, что химическая реакция разбивается на ряд энергетически более лёгких промежуточных реакций, в которых участвует фермент.

Этапы:1)присоединение субстрата (S) к ферменту (E) с образованием фермент-субстратного комплекса (E-S)(«ключ к замку»);

2)преобразование фермент-субстратного комплекса в один или несколько переходных комплексов (E-X) за одну или несколько стадий;

3)превращение переходного комплекса в комплекс фермент-продукт

(E-P);

4)отделение конечных продуктов от фермента.

Механизмы катализа:

1. Кислотно-основной катализ – в активном центре фермента находятся группы специфичных аминокислотных остатков, которые являются хорошими донорами или акцепторами протонов. Такие группы представляют собой мощные катализаторы многих органических реакций. Примером кислотно-основного катализа является окисление спирта с помощью фермента алкогольдегидрогеназы.

2. Ковалентный катализ – ферменты реагируют со своими субстратами, образуя при помощи ковалентных связей очень нестабильные фермент-субстратные комплексы, из которых в ходе внутримолекулярных перестроек образуются продукты реакции. Примером является действие сериновых протеаз (трипсин, хемотрипсин) на гидролиз пептидных связей при переваривании белков. Ковалентная связь образуется между субстратом и аминокислотным остатком серина активного центра фермента. Ферменты обычно проявляют высокую специфичность по отношению к своим субстратам (субстратная специфичность). Это достигается частичной комплементарностью формы, распределения зарядов и гидрофобных областей на молекуле субстрата и в центре связывания субстрата на ферменте. Ферменты обычно демонстрируют также высокий уровень стереоспецифичности (образуют в качестве продукта только один из возможных стереоизомеров или используют в качестве субстрата только один стереоизомер).

21.Кинетика ферментативных реакций. Факторы,

определяющие скорость.

Ферментативная активность реакции зависит от:концентрации фермента и субстрата, температуры, рН, присутствия ингибиторов. 1)скорость любой ферментативной реакции непосредственно зависит от концентрации фермента; 2)температура.Коэффициент, указывающий, во сколько раз

повышается скорость реакции при повышении температуры на каждые 10оС, называется температурным коэффициентом. Для большинства биологических реакций при повышении

температуры на 10оС скорость увеличивается в 2-4 раза. При оптимальной температуре скорость реакции максимальна; 3)рН. Умеренные изменения рН оказывают влияние на ионное состояние

фермента и субстрата. Как показывают измерения ферментативной активности при различных рН, оптимум активности для разных ферментов находится в широких пределах рН. Однако большая часть ферментов организма человека имеет оптимум рН, близкий к нейтральному, совпадающий с физиологическим значением рН; 4)ингибиторы снижают скорость реакции. Ингибиторы ферментов принято делить на 2 класса: обратимые и необратимые.Обратимые ингибиторы связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и при определенных условиях легко отделяются от фермента. Обратимые ингибиторы бывают конкурентными и неконкурентными.

22.Активный центр и мех-м действия ферментов,

специфичность.

Активный центр имеет участок связывания, который обеспечивает субстратную специфичность, т.е. выбор субстрата(абсолютная, групповая,стереоспецифичность) и каталитический участок, который обеспечивает выбор пути химического превращения данного субстрата(специфичность пути превращения).Абсолютно специфичные ферменты ускоряют определенный тип реакции одного единственного субстрата. Так, аргиназа катализирует только реакцию гидролиза аргинина на орнитин и мочевину; сахараза - гидролиз сахарозы на глюкозу и фруктозу. Групповая специфичность. Она характеризует подавляющее большинство ферментов и состоит в том, что фермент, проявляя свойственную ему специфичность по отношению к реакции, способен действовать не на один, а на несколько, иногда на большое число субстратов со сходным химическим строением. Большинство ферментов катализирует однотипные реакции с небольшим количеством (группой) структурно похожих субстратов.Так, фермент панкреатическая липаза катализирует гидролиз жиров в двенадцатиперстной кишке человека, катализируя превращение любой молекулы жира (триацилглицерола) до молекулы моноацилглицерола и двух молекул высших жирных кислот. Большинство протеолитических ферментов, осуществляющих гидролиз белков, имеет групповую субстратную специфичность, гидролизуя пептидные связи, образованные разными аминокислотами. Стереохимическая специфичность проявляется только в случае оптически активных веществ, и фермент активен только по отношению к одной стереоизомерной форме соединения.При наличии у субстрата нескольких стерео-изомеров фермент проявляет абсолютную специфичность к одному из них.

Первоначальным событием при действии фермента является его специфическое связывание с лигандом — субстратом (S). Это происходит в области активного центра, который формируется из нескольких специфических R—групп аминокислот, определенным образом ориентированных в пространстве. Чтобы катализировать реакцию, фермент должен связаться с одним или несколькими субстратами. Белковая цепь фермента сворачивается таким образом, что на поверхности глобулы образуется щель, или впадина, где связываются субстраты. Эта область называется центром связывания субстрата. Обычно он совпадает с активным центром фермента или находится вблизи него. Некоторые ферменты содержат также центры связывания кофакторов или ионов металлов. В результате фермент снижает энергию активации реакции. Это происходит потому, что в присутствии фермента реакция идет по другому пути (фактически происходит другая реакция). Угольная кислота слабая, ее разложение пойдет, если ее молекулы имеют энергию, превышающую энергию активации. Энергия активации – это дополнительное количество кинетической энергии, необходимое молекулам вещества, чтобы они вступили в реакцию. При достижении этого энергетического барьера в молекуле происходят изменения, вызывающие перераспределение химических связей и образование новых соединений. Молекулы, обладающие энергией активации, находятся в переходном состоянии. Разницу энергий между исходным реагентом Н2СО3 и конечными Н2О и СО2 называют изменением свободной энергии реакции. Н2О и СО2 более стабильные вещества, чем Н2СО3 т.к. обладают меньшей энергией и при обычных условиях практически не реагируют. Энергия, выделяющиеся в результате этой реакции рассеивается в виде тепла в окружающую среду.Ферменты снижают энергию активации, в результате возрастает количество реакционных молекул и увеличивается скорость реакции. При участии ферментов образуется фермент-субстратный комплекс, который распадается на свободный фермент и продукт реакции.Ферменты не изменяют свободную энергию субстратов и продуктов и поэтому не меняют равновесие реакции .

23.Кофакторы,роль в катализе. Витамины, как

предшественники коферментов. Гиповитаминозы, их причины и проявления.

Большинство ферментов для проявления ферментативной активности нуждается в низкомолекулярных органических соединениях небелковой природы (коферментах) или ионах металлов (кофакторах). Многие

ферменты оказывают каталитическое действие на субстраты только в присутствии специфического термостабильного низкомолекулярного органического соединения - кофермента. В таких случаях кофермент с апоферментом (белковая часть) формируют холофермент, обладающего каталитической активностью.

апофермент + кофактор (кофермент)= холофермент Кофермент может быть связан с апоферментом ковалентными или

нековалентными связями. Термин «простетическая группа» относится к ковалентно связанному коферменту. К числу реакций, требующих

присутствия коферментов, относятся ОВР, реакции переноса функциональных групп и изомеризации, а также реакции конденсации.

Кофакторы: более 25% всех ферментов для проявления каталитической активности нуждается в ионах металлов. Ионы металлов выполняют функцию

стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно, третичной и четвертичной структур. Например, для большинства киназ в качестве одного из субстратов выступает не АТФ, а комплекс АТФ с магнием. Магний не взаимодействует с ферментом, а участвует в стабилизации молекулы АТФ и нейтрализации отрицательного заряда субстрата, что облегчает его присоединение к активному центру фермента. В некоторых случаях ионы металла служат «мостиком» между ферментом и субстратом. Они выполняют функцию стабилизаторов активного центра, облегчая присоединение к нему субстрата и протекание химической реакции. Это магний, марганец, цинк, кобальт, молибден. В отсутствие металла ферменты активностью не обладают. Ионы металлов обеспечивают сохранение вторичной, третичной и четвертичной структуры молекулы фермента. Такие ферменты в отсутствие ионов металлов способны к химическому катализу, однако они нестабильны. Их активность снижается и даже полностью исчезает при небольших изменениях рН и температуры. Таким образом, ионы металлов выполняют функцию стабилизаторов оптимальной конформации белковой молекулы. Не менее важную роль отводят ионам металлов в осуществлении ферментативного катализа. Эту функцию выполняют цинк, железо, марганец, медь. Например, карбоангидраза, катализирующая образование угольной кислоты, содержит ионы цинка, который участвует в образовании Н+ и ОН-. Эти ионы присоединяются к СО2 с образованием Н2СО3 :

СО2 + Н2О <--> Н2СО3 /

Для проявления каталитической активности большинству ферментов необходимо наличие кофермента. Гидролитические ферменты (протеазы, липазы) выполняют свою функцию в отсутствие кофермента.

Кофермент, локализуясь в каталитическом участке активного центра,принимает непосредственное участие в химической реакции. Он выступает в качестве акцептора и донора химических группировок, атомов, электронов. Кофермент связывается с белковой частью молекулы ковалентными, в этом случае он называется простетической группой (ФАД, ФМН, биотин) и нековалентными связями, в этом случае кофермент может рассматриваться,как второй субстрат (NAD+, NADP+).К коферментам относят следующие соединения:

-производные витаминов -глутатион, участвующий в ОВР

-убихинон, участвующий в переносе электронов и Н+ в цитохромной системе

-нуклеотиды, доноры и акцепторы остатка фосфорной кислоты.

Кчислу коферментных препаратов витаминной природы относятся кокарбоксилаза (коферментная форма тиамина - витамин В1), пиридоксальфосфат. (витамин Вб), кобамамид (витамин В 12).

Кокарбоксилаза-кофермент, образующийся в организме человека из поступающего извне тиамина.Кобамамид-обладает всеми свойствами витамина В 12 и анаболической активностью. Оксикобаламин вляется метаболитом цианкобаламина (витамин В12). По фармакологическому действию близок витамину В 12, но по сравнению с ним быстрее превращается в организме в активную коферментную форму и дольше сохраняется в крови, так как более прочно связывается с белками плазмы и медленнее выделяется с мочой. Пиридоксальфосфат является коферментной формой витамина Вб (пиридоксина). Карнитинвитаминоподобное вещество, частично поступающее с пищей, частично синтезируемое в организме человека. Способствует окислению жирных кислот, синтезу аминокислот и нуклеиновых кислот.

Гиповитаминозыболезненные состояния, обусловленные недостаточностью витаминов в организме. Причиной гипополивитаминозов чаще всего являются заболевания пищеварительного тракта, при которых нарушена всасываемость витаминов. Картина гиповитаминоза зависит от того, какого именно витамина не хватает в организме. По происхождению выделяют экзогенные (первичные) и эндогенные (вторичные) гиповитаминозы. Непосредственная причина экзогенных (первичных) гиповитаминозов — недостаточное поступление в организм одного или, чаще, нескольких витаминов с пищей. Для экзогенных гиповитаминозов характерны сезонный характер и латентное течение. Эндогенные гиповитаминозы подразделяют на приобретённые, наследуемые и врождённые. Причины приобретённых гиповитаминозов: нарушения пищеварения и высвобождения витаминов из продуктов питания; повышенная потребность в витаминах;нарушение всасывания витаминов в желудке и кишечнике;расстройство доставки витаминов. Гиповитаминоз развивается незаметно: появляется раздражительность, повышенная утомляемость, снижается внимание, ухудшается аппетит, нарушается сон. Систематический длительный недостаток витаминов в пище снижает работоспособность, сказывается на состоянии отдельных органов и тканей (кожа, слизистые, мышцы, костная ткань) и важнейших функциях организма, таких как рост, интеллектуальные и физические возможности, продолжение рода, защитные силы организма. Гиповитаминоз А- проявляется нарушениями зрения (снижением его остроты, «куриной слепотой», т. е. утратой способности видеть в сумерках), поражением тонкого слоя эпителиальных клеток, выстилающих изнутри век» (конъюнктива), трахею, волосяные луковицы и почечные лоханки, и снижением со­противляемости пораженного эпителия гнойной инфекции, а у детей и подростков, кроме того, отставанием в физическом развитии. В1-дефицит- характеризуется повышенной раздражительностью, плохим сном, рассеянностью, забывчивостью, зябкостью, болями в животе, склонностью к рвоте, дискинезии желудка и кишечника, секреторным расстройствам. К числу ранних симптомов недостатка В1 относят изменения языка. Он становится суховатым, тёмно-красного цвета с маловыраженными сосочками. Недостаточность витамина В2 (рибофлавина) вызывает структурные и функциональные изменения в коре надпочечников, нарушает процессы гемопоэза, обмена железа, глюконеогенеза, превращения фенилаланина в катехоламины. Дефицит рибофлавина неблагоприятно отражается на состоянии естественного иммунитета. Его недостаток может привести к невынашиванию беременности. Заболевание проявляется поражениями губ (трещины, «заеды»), приобретающих сероватый оттенок, языка, который становится гладким, блестящим и пурпурнокрасным. Слизистая оболочка полости рта покрывается сероватыми пятнами; возникают воспаление слизистой оболочки век (конъюнктивит), поражение роговой оболочки и внутренних структур глаза. Все это сопровождается светобоязнью и снижением остроты зрения. Цинга— болезнь, вызываемая острым недостатком витамина C (аскорбиновая кислота), который приводит к нарушению синтеза коллагена, и соединительная ткань теряет свою прочность. В первую очередь цинга характеризуется ломкостью сосудов с появлением на теле характерной геморрагической сыпи, кровоточивости дёсен. Это обусловлено тем, что коллаген, в синтезе которого участвует витамин С, является важной составляющей сосудистой стенки.Ослабевает прикрепление надкостницы к костям и фиксации зубов в лунках, что приводит к их выпадению. Появление поднадкостничных кровоизлияний вызывает боли в конечностях. Источниками витамина D служат сливочное масло, яйца, молоко; особенно много его в рыбьем жире. Кроме того, в отличие от других витаминов, он может синтезироваться в организме человека. Синтез происходит в коже под влиянием солнечного света. Гиповитаминоз D наблюдается преимущественно у детей и известен под названием рахита. Недостаток этого витамина ведет к нарушению затвердевания костей и проявляется искривлением ног, своеобразной формой черепа (высокий выпуклый лоб, западающая переносица) и грудной клетки. Легкие формы рахита распространены очень широко. У взрослых дефицит витамина D ведет к вымыванию из костей кальция и их размягчению, следствием чего может быть, например, искривление и укорочение позвоночника, искривление костей ног. Гиповитаминоз Е вызывает бесплодие. Недостаточность витамина РР сопровождается четко очерченной клинической картиной, известной под названием пеллагры (шершавая кожа). Типичная клиническая картина заболевания включает триаду: дерматит, диарея, деменция.

24.Современная классификация ферментов,

номенклатура, тип катализируемых реакции, примеры.

Реакции и ферменты, которые их катализируют, подразделяются на шесть классов.

Классификация:

1)оксидоредуктазы- , ферменты, катализирующие ОВР с участием двух субстратов, S и S‘

Sвосст + S’ окисл= Sокисл +S’восст

Окисление протекает как процесс отнятия атомов Н+ от субстрата, а восстановление – присоединение Н+ к акцептору. В качестве кофермента оксидоредуктазы содержат NAD(H)+, NADP+, FMN, FAD. Самыми типичным оксидоредуктазами являются дегидрогеназы.Дегидрогеназы катализируют реакции, в которых участвуют группы СН-ОН, СН-СН, С=О, СН-NH2.

Некоторые подклассы: - ферменты, действующие на группу СН-ОН (донор электронов) Например:

Алкоголь: NAD+ оксидоредуктаза (алкогольдегидрогеназа) спирт + NAD+ = альдегид (кетон) + NADН+ Н+

- самый распространенный вариант ОВР в клетке состоит в окислении атомов Н, снятых с субстрата, при посредстве цитохромной системы. Цитохромную систему образуют оксидоредуктазы, имеющие в качестве простетических групп железопоррфины. Соединяясь с белками, железопорфины дают начало семейству хромопротеинов или цитохромов. Цитохромы образуют цитохромную систему (b,c,a,a3), которая передает электроны на кислород, который соединяется с водородом, образуя молекулу воды. Из всех цитохромов только цитохром aa3 передает электроны на кислород, и поэтому он называется цитохромоксидазой;

О2 + 4Н+ +4е- =2Н2О 2) трансферазыферменты катализирующие перенос

функциональных групп G (ацильных, гликозильных, метильных, аминогрупп, групп, содержащих серу и фосфор) с одного субстрата S на другой S’

S-G + S’ = S’-G + S

К классу трансфераз относят аминотрансферазы, ацилтрансферазы, метилтрансферазы, гликозилтрансферазы, киназы (протеинкиназы). Ацетил-СоА: холин О-ацетилтрансфераза (холин-ацетилтрансфераза) Ацетил-СоА + холин = СоА + О-ацетилхолин 3) гидролазыферменты, катализирующие гидролиз эфирных,

пептидных, сложноэфирных, гликозильных связей Ферменты, действующие на сложноэфирные связи. Например:

Ацилхолин - ацилгидролаза (псевдохолинэстераза):Ацилхолин + Н20 = холин + кислота 4) лиазыферменты, отщепляющие группы от субстратов по

негидролитическому механизму, с образованием двойных связей.Это ферменты, действующие на связи С-С, С-О, С-N, С-S. При этом отщепляются СО2, Н2О, NH2, SH2.

Углерод—кислород лиазы. Например:L-малат-гидролиаза (фумараза):L-малат = Фумарат + Н20.

5)изомеразыферменты, катализирующие взаимопревращения оптических, геометрических и позиционных изомеров. цис/транс-изомеразы. Например:

все-транс-Ретиналь, 11-цис-транс-изомераза (ретинальизомераза) все-транс-Ретиналь=11-цис-Ретиналь

6)лигазыферменты, катализирующие соединение двух молекул, с образованием ковалентной связи и сопряженное с разрывом

пирофосфатной связи АТФ. В результате образуются связи С-О, С-S, С-N и С-С.

Пример:

глутаминовая к-та + NН3 + АТФ (под действием аммиаклигазы или глутаминсинтетазы) = глутамин + АДФ + Н3РО4 Номенклатура: первоначально ферментам давали названия,

образуемые путем добавления окончания - аза к названию субстрата, на который данный фермент действует. Ферменты, гидролизующие крахмал (амилон), были названы амилазами; ферменты, гидролизующие жиры (липос), -липазами;ферменты,

гидролизующие белки (протеины), -протеиназами. Позднее ферментам, катализирующим сходные по типу реакции, стали давать название, указывающее тип соответствующей реакции — дегидрогеназы, оксидазы, декарбоксилазы, ацилазы и т.д. Главный принцип заключается в том, что ферменты называют и классифицируют в соответствии с типом катализируемой химической реакции и ее механизмом; название фермента состоит из двух частей: первая часть - название субстрата (или субстратов); вторая указывает тип катализируемой реакции и оканчивается на -аза. Каждый фермент имеет кодовый номер по классификации ферментов (КФ): первая цифра характеризует класс реакции, вторая - подкласс и третья - подподкласс. Четвертая цифра указывает порядковый номер фермента в его подподклассе. Таким образом, КФ 2.7.1.1 означает, что фермент относится к классу 2 (трансфераза), подклассу 7 (перенос фосфата) и подподклассу 1 (акцептором фосфата является спирт). Последняя цифра обозначает фермент гексокиназу, или АТР: D-гексозо-6-фосфотрансферазу, т.е. фермент, катализирующий перенос фосфата с АТР на гидроксильную группу атома углерода в шестом положении глюкозы.

фосфорелирование, дефосфорелирование, роль протеинкиназ и проинфосфатаз. Примеры метаболических путей, регулируемых такими способами.

Все химические реакции в клетке протекают при участии ферментов. Чтобы воздействовать на скорость протекания метаболического пути, достаточно регулировать количество или активность ферментов. В каждом метаболическом пути есть ключевые ферменты, которые регулируют скорость всего пути. Эти ферменты называются регуляторными. Метаболические пути – последовательность превращения одних соединений в другие. Метаболизм – совокупность всех метаболических путей, протекающих в организме. Регуляция каталитической активности фермента -Аллостерическая регуляция(ферменты регулируют скорость

метаболических путей, которые представляют собой последовательность взаимосвязанных реакций, катализируемых разными ферментами. Например, катаболизм глюкозы до СО2 и Н2О регулируется аллостерически.)

-Регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий -Регуляция путем фосфорилирования/дефосфорилирования фермента -Регуляция протеолизом .

Широко распространенный способ химической модификации ферментов фосфорилирование/дефосфорилирование белков осуществляют ферменты протеинкиназы (класс трансферазы). Они катализируют образование сложноэфирной связи между фосфатной группой и ОН-группой аминокислотных остатков серина, треонина и тирозина. Донором фосфатной группы является АТФ. В результате фосфорилирования происходит изменение заряда, конформации фермента, конформации активного центра фермента. повышается сродство фермента к субстрату и возрастает скорость ферментативной реакции. Например – триацилглицерол-липаза (ТАГлипаза) – внутриклеточный фермент жировой ткани. В дефосфорилированной форме фермент неактивен. Под действием специфической протеинкиназы А фермент фосфорилируется и переходит в активную форму. Для некоторых ферментов, обеспечивающих метаболизм глюкозы, холестерола, гликогена, фосфорилированная форма является неактивной. Например, фермент пируваткиназа, участвующая в катаболизме глюкозы, переходит в активную форму только после отщепления фосфорного остатка. Поэтому в этом случае фосфорилирование вызывает снижение активности, а дефосфорилирование – повышение активности фермента. Дефосфорилирование осуществляют протеинфосфатазы (класс гидролазы).

26.Регуляция активности фермента путем

ассоциации-диссоциации протомеров.

Т.е. это регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий. В тканях присутствуют ферменты, которые в неактивной форме представлены отдельными комплексами, состоящими из нескольких протомеров. При увеличении в клетке концентрации специфических регуляторных молекул они присоединяются к определенным центрам протомеров. Изменение их конформации, вызванное присоединением лигандов, повышает их сродство друг к другу и стимулирует ассоциацию, т.е. образование активной формы фермента. Веществом, которое изменяет конформацию комплексов, является цитрат. При повышении его концентрации в цитозоле клетки 3 тетрамера объединяются в олигомер из 12 протомеров – активную форму ацетил-СоА карбоксилазы.

Другим примером этого типа регуляции может служить активация протеинкиназы А. В неактивной форме фермент состоит из 4 протомеров – 2 каталитических и 2 регуляторных. Регуляторные протомеры имеют по 2 центра связывания для молекул регуляторного лиганда – циклического АМФ. Молекулы цАМФ при повышении их концентрации в клетке присоединяются к специфическим центрам регуляторных протомеров. Это приводит к изменению их конформации и потере сродства к каталитическим протомерам. Отделившиеся каталитические протомеры (протеинкиназы А) проявляют протеинкиназную активность и фосфорилируют белки по аминокислотным остаткам серина и треонина. В отсутствие цАМФ регуляторные протомеры взаимодействуют с каталитическими протомерами, образуя неактивный комплекс. Синтез молекул цАМФ из АТФ катализирует фермент аденилатциклаза, а превращение цАМФ в АМФ – фосфодиэстераза.

27.Применение ферментов в медицине.

Энзимодиагностика и энземотерапия.

Важная особенность ферментов, используемых в диагностике, состоит в том, что активность каждого из них можно определить в природном материале без предварительного фракционирования: в крови, в моче, в спинно-мозговой жидкости, в слюне.К ферментам, используемым в энзимологии предъявляют следующие требования Органоспецифичность (тканеспецифичность)

Выход фермента в кровь при повреждении органа или ткани Низкая активность фермента в крови в норме При этом различают:

Неспецифические ферменты, которые присутствуют во всех тканях в разных количествах Тканеспецифические ферменты, которые присутствуют только в данной конкретной ткани

Весьма существенным в энзимодиагностике является знание особенностей внутриклеточной локализации ферментов. Внутри клетки они, как правило, локализованы в определенном ее отделе (компартменте). Различают цитоплазматические, митохондриальные, ядерные, лизосомные ферменты. Например, при воспалительных процессах повышается проницаемость клеточных мембран и в крови обнаруживаются цитоплазматические ферменты. Энзимотерапия – использование ферментов в качестве лечебных средств. Для лечения очень широко используются протеазы. Трипсин и химотрипсин практически не атакуют живые клетки, а легко расщепляют белки мертвых клеток. На этом основано их применение для очистки гнойных ран, лечения ожогов, отморожений. Ферменты крови плазмин, урокиназу применяют для предотвращения тромбообразования, т.к. они быстро разрушают тромб.Энзимотерапию пепсином, трипсином, химотрипсином, амилазой проводят при отсутствии этих ферментов в организме. Ферменты используют и в онкологии, для замедления развития лейкозов. В лейкозных клетках на фоне дефицита аспарагина замедляется синтез белков, приводящий к нарушению метаболизма этих клеток.

28.Совр. представления о строении ДНК,

комплементарность оснований. Правила Чаргаффа. Видовая специфичность ,коэф-т специфичности ДНК Участие белков в компактизации ДНК. Биологическая роль ДНК.

ДНК и РНК представляют собой линейные полимеры, построенные из нуклеотидов. Каждый нуклеотид в свою очередь состоит из трех компонентов: азотистого основания, являющегося производным пурина или пиримидина, пентозы (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. В состав нуклеиновый кислот входят два производных пурина – аденин и гуанин и три производных пиримидина – цитозин, урацил (в РНК) и тимин (в ДНК). Первичная структура нуклеиновых кислот – это порядок чередования нуклеотидов, связанных друг с другом в линейной последовательности 3’,5’-фосфодиэфирной связью. В результате образуются полимеры с фосфатным остатком на 5’-конце и свободной – ОН-группой пентозы на 3’- конце. Вторичная структура ДНК-в 1953 году Уотсоном и Криком была предложена модель пространственной структуры ДНК. Согласно этой модели, вторичная структура ДНК представлена двойной правозакрученной спиралью, в которой две полинуклеотидные цепи расположены антипараллельно (одна в направлении 3’к 5’, вторая в направлении 5’ к 3’) и удерживаются относительно друг друга за счет взаимодействия между комплементарными азотистыми основаниями. Третичная структура ДНК формируется при ее взаимодействии с белками. Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому, в составе которой разнообразные белки связываются с отдельными участками ДНК и обеспечивают суперспирализацию и компактизацию молекулы. В период покоя комплексы ДНК с белками равномерно распределены по объему ядра, образуя хроматин. Белки хроматина делят на две группы: гистоны и негистоновые белки.

Гистоны - это небольшие белки с высоким содержанием положительно заряженных аминокислот лизина и аргинина. Они взаимодействуют с отрицательно заряженными фосфатными группами ДНК длиной 146 нуклеотидных пар, образуя нуклеосомы. Негистоновые белки представлены разными ферментами и белками, участвующими в синтезе ДНК и РНК, в регуляции этих процессов, а также структурными белками, обеспечивающими компактизацию ДНК.

Правило Чаргаффа- в молекуле ДНК количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых нуклеотидов (А=Т), а количество гуаниловых – количеству цитидиловых (С=G). Соотношение А+Т/ G+С –величина постоянная и является видоспецифической характеристикой организма.

ДНК выполняет следующие функции:

-хранение наследственной информации происходит с помощью гистонов. Молекула ДНК сворачивается, образуя вначале нуклеосому, а после гетерохроматин, из которого состоят хромосомы; -передача наследственного материала происходит путем репликации ДНК;

-реализация наследственной информации в процессе синтеза белка.

29.Биосинтез ДНК(репликация).Биологический

генетический код.

Синтез ДНК протекает в ядре в S-фазу клеточного цикла и предшествует делению клеток. Первоначально клетка из состояния покоя Go вступает в G1-фазу, в ходе которой синтезируются ферменты и белки, необходимые для синтеза ДНК. Затем в S-фазу протекает репликация и диплоидная клетка превращается в тетраплоидную, а в ходе митоза делится, образуя 2 дочерние диплоидные клетки. В эукариотических клетках репликация начинается одновременно во многих участках ДНК, которые имеют специфическую нуклеотидную последовательность и называются ориджинами репликации. От каждого ориджина синтез новых цепей ДНК идет в двух противоположных направлениях, образуя две репликативные вилки. Процесс является полуконсервативным, так как по завершении репликации каждая дочерняя молекула ДНК содержит одну родительскую нить и одну вновь синтезированную. Матрицей служат обе нити ДНК. Репликация включает стадии инициации, элонгации и терминации. В ходе инициации образуются две репликативные вилки при участии ферментов ДНКтопоизомеразы, ДНК-хеликазы и белков, связывающихся с одноцепочечными участками ДНК (SSВ-белки). ДНК-топоизомераза 1 присоединяется к участку ориджина, расщепляет одну из цепей ДНК и связывается с фосфатным остатком в точке разрыва, происходит локальное раскручивание двухцепочечной нити ДНК. Две молекулы ДНК-хеликазы, используя энергию АТФ, разрывают водородные связи между комплементарными основаниями и разделяют цепи ДНК. Одновременно ДНК-топоизомераза восстанавливает фосфодиэфирную связь и освобождается из связи с ДНК. SSВ-белки присоединяются к одноцепочечным участкам и препятствуют их повторному скручиванию в двойную спираль. На стадии элонгации образуются дочерние цепи ДНК на материнской ДНК. Этот процесс катализирует ДНК-полимераза.Сначала ДНКполимераза синтезирует РНК –праймер, которым начинается лидирующая цепь и каждый фрагмент Оказаки в отстающей нити ДНК. Лидирующая нить растет непрерывно, а отстающая – в виде фрагментов Оказаки, каждый их которых включает включает РНКпраймер (10 нуклеотидов) и участок ДНК, примерно равный длине ДНК в составе нуклеосомы (примерно 150 нуклеотидов). Когда следующий фрагмент Оказаки достигает праймера предыдущего фрагмента, ДНК-полимераза отделяется от синтезированной цепи, а праймер предыдущего фрагмента удаляют эндонуклеаза и РНКаза, образуется брешь. ДНК-полимераза удлиняет последний фрагмент Оказаки, заполняя брешь. ДНК-лигаза сшивает предыдущий и вновь синтезированный фрагменты между собой. Новые цепи синтезируются неодинаково. Одна цепь на матрице ДНК с направлением от 3’- к 5’- концу растет непрерывно по ходу движения репликативной вилки и называется лидирующей.Вторая на матрице с направлением от 5’- к 3’- концу синтезируется против движения репликативной вилки в виде коротких фрагментов – фрагментов Оказаки, ее называют запаздывающей или отстающей. ДНК-лигаза объединяет фрагменты в полинуклеотидную цепь, затрачивая молекулу АТФ на образование каждой 3’, 5’- фосфодиэфирной связи. Кофактором всех стадий репликации являются ионы Mg2+. В результате образуются дочерние цепи, комплементарные и антипараллельные нитям материнской ДНК. После деления каждая дочерняя клетка получает диплоидный набор хромосом, идентичный материнской клетке.Завершение синтеза ДНК в процессе репликации происходит на стадии терминации. Существует система репарациисистема восстановления поврежденной молекулы ДНК,которая включает: специфическая эндонуклеаза(обнаруживает нарушение комплементарности и гидролизует 3’,5’-фосфодиэфирную связь в поврежденной нити ДНК); экзонуклеаза(удаляет от 20 до 30 нуклеотидных остатков в области разрыва к 3’- концу образовавшейся бреши и заполняет брешь); ДНК – лигаза(используя АТФ как источник энергии, соединяет 3’,5’-фосфодиэфирной связью место разрыва между вновь синтезированной и основной нитями ДНК).

Генетический код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

Свойства генетического кода:

-триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

-непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

-неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов (не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).

-однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте (однако, кодон UGA у Euplotes crassus кодирует две аминокислоты — цистеин и селеноцистеин)[1] -вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте

может соответствовать несколько кодонов.

-универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии; есть ряд исключений, показанный в таблице раздела «Вариации стандартного генетического кода» ниже).

30.Биосинтез РНК(транскрипция). РНК-

полимеразы. Типы РНК, их роль.

Транскрипция – это синтез РНК на матрице ДНК. Процесс катализируют РНК-полимеразы, которые подобно ДНК-полимеразам, образуют фосфодиэфирные связи между рибонуклеотидами в соответствии с принципами комплементарности к одной из нитей ДНК, которую обозначают как матричную. У эукариот синтез РНК происходит в ядре и митохондриях практически постоянно вне зависимости от фаз клеточного цикла. В ядре РНК синтезируют 3 фермента: РНК-полимераза I катализирует образование рРНК, РНКполимераза II –синтез мРНК, РНК-полимераза III – образование тРНК. Нуклеотидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ) выполняют функции субстратов синтеза и источников энергии. В ходе транскрипции матрицей является нить ДНК, имеющая направление от 3’ к 5’-концу, так как все РНК-полимеразы осуществляют рост новых цепей РНК в направлении от 5’ к 3’-концу антипараллельно матрице. Процесс транскрипции включает стадии инициации, элонгации и терминации. РНК-полимеразы узнают место начала транскрипции - промотер, имеющий специфическую последовательность нуклеотидов –ТАТА-. На стадии инициации к – ТАТА-последовательности матричной цепи ДНК присоединяется белок –ТАТА-фактор, который стимулирует присоединение к ДНК РНКполимеразы и белковых факторов инициации транскрипции. Образующийся комплекс вызывает расплетение двойной нити ДНК длиной в один виток спирали (около 10 нуклеотидных пар).На этапе элонгации происходит удаление факторов инициации и присоединение фактора элонгации. Синтез РНК осуществляется на матричной нити ДНК по принципу комплементарновти. При этом в активном центре РНК-полимеразы каждый последующий нуклеотид связывается с 3’-концом предыдущего нуклеотида. По мере движения РНК-полимеразы по нити ДНК к освободившемуся промотору присоединяются новые молекулы фермента, поэтому один ген может одновременно транскрибироваться несколькими молекулами РНКполимеразы.Стадия терминации начинается, когда РНК-полимераза достигает специфической последовательности нуклеотидов – сайта терминации. При этом фактор элонгации отделяется от РНКполимеразы, а фактор терминации присоединяется. Он облегчает отделение синтезированной молекулы пре-РНК и фермента от матрицы ДНК. Молекулы РНК, которые синтезируются РНКполимеразами, функционально неактивны и являются молекуламипредшественниками - пре-РНК. Они превращаются в зрелые молекулы только после соответствующих посттранскрипционных модификаций – созревания молекул РНК. Установлено, что эукариотические ДНК состоят из участков, кодирующих последовательность аминокислот в отдельных доменах молекулы белка – экзонов и участков, не содержащих информацию о строении белка – интронов. В ходе транскрипции получаются пре-РНК, содержащие участки, комплеменарные экзонам и интронам. В процессе созревания мРНК интроны удаляются, а экзоны соединяются между собой с высокой точностью при помощи комплексов из малых ядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП) – сплайсосом. Этот процесс получил название сплайсинга.В клетках синтезируется около 20 семейств тРНК.Представители каждого семейства способны связываться только с одной из 20 аминокислот, входящих в состав белков.

Виды РНК:

-матричная (информационная) РНК(служит посредником при передаче информации, закодированной в ДНК к рибосомам);

-рибосомные РНК(рРНК) –( несколько молекул РНК, составляющих основу рибосомы. Основной функцией рРНК является осуществление процесса трансляции — считывания информации с мРНК при помощи адапторных молекул тРНК и катализ образования пептидных

связей между присоединёнными к тРНК аминокислотами); - транспортная РНК, тРНК(функцией является транспортировка аминокислот к месту синтеза белка);

31.Современные представления о синтезе белка.

Регуляция биосинтеза белка.

Трансляция (биосинтез белка) – это процесс, в ходе которого информация о структуре белка, записанная в виде линейной последовательности нуклеотидов в молекуле зрелой мРНК, «переводится на язык аминокислот» при участии тРНК и рибосом. В результате образуется молекула белка со строго определенной первичной структурой. В состав мРНК входят 4 нуклеотида, а в состав белков – 20 аминокислот. Из этого следует, что должен существовать способ кодирования аминокислот последовательностью нескольких нуклеотидов. Способ кодирования, согласно которому в мРНК зашифрована последовательность аминокислот в белке, получил название генетического (биологического или аминокислотного) кода.

Свойства генетического кода:

-триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

-непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

-неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов (не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).

-однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте (однако, кодон UGA у Euplotes crassus кодирует две аминокислоты — цистеин и селеноцистеин)[1] -вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте

может соответствовать несколько кодонов.

-универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии; есть ряд исключений, показанный в таблице раздела «Вариации стандартного генетического кода» ниже).

Декодирование информации о структуре белка, записанной в виде последовательности кодонов мРНК, возможно благодаря тРНК, выполняющим функции адапторов («приспособителей» аминокислот к кодонам мРНК). В центре полинуклеотидной цепи этих молекул имеется антикодоновая петля, в которой находится триплет нуклеотидов – антикодон, способный связываться с кодоном мРНК по принципу комплементарности и антипараллельности. На 3’конце молекулы все тРНК имеют акцепторный триплет – ССА, к которому аминокислоты присоединяются α-карбоксильной группой. Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК. В цитозоле связывание аминокислот с тРНК катализируют ферменты аминоацил-тРНК- синтетазы (аа-тРНК-синтетазы). Образование полипептидных цепей белка требует участия большого числа компонентов, основными из которых являются:

-аминокислоты – субстраты синтеза белка -мРНК – матрица, содержащая информацию о первичной структуре

белка в виде линейной последовательности кодонов -тРНК – адапторы аминокислот к кодоном мРНК

-аа-тРНК-синтетазы, катализирующие связывание аминокислот с соответствующими тРНК -рибосомы – субклеточные структуры, на которых происходит сборка аминокислот в полипептидные цепи -АТФ и ГТФ – источники энергии

-Mg2+ - кофактор, стабилизирующий структуру рибосом

-факторы инициации, элонгации, терминации – внерибосомные белки, облегчающие и ускоряющие процесс трансляции После образования аа-тРНК дальнейшие события по сборке

аминокислот в полипептидные цепи белка происходят на рибосомах и включают инициацию, элонгацию и терминацию. Инициация начинается с присоединения к зрелой мРНК в области кэпа малой субъединицы рибосомы 40S, инициирующей аа-тРНК (у эукариотов это всегда), факторов инициации и молекулы ГТФ. Формируется полная 80S рибосома с двумя активными центрами; Р-центром (пептидильным), с которым оказывается связанной Мет-тРНКмет, и А- центром (аминоацильным), в область которого попадает первый смысловой кодон мРНК. На рибосоме формируются А и Р-центры Элонгация включает 3 последовательные стадии 1)связывание аа-тРНК в А-центре. В свободный А-центр

присоединяется аа-тРНК, у которой антикодон комплементарен кодону мРНК, находящемуся в области этого центра. Для того чтобы это событие стало возможным, требуются затрата энергии ГТФ и участие фактора элонгации EF1.

2)образование пептидной связи. Между α-NH2-группой аминокислоты, находящейся в А-центре в составе аа-тРНК, и карбоксильной группой метионина или другой аминокислоты, входящей в растущую полипептидную цепь и присоединенной к тРНК Р-центра, возникает пептидная связь. Катализирует эту реакцию пептидилтрансфераза. Продуктом реакции становится удлиненная на одну аминокислоту пептидил-тРНК в А-центре рибосомы.

3)перемещение рибосомы по мРНК (транслокация). Рибосома перемещается по мРНК на один кодон в направлении от 5’-и 3’концу с использованием энергии ГТФ и при участии фактора элонгации EF2. В результате передвижения рибосомы пептидил-тРНК (МеттРНКмет) из А-центра попадает в Р-центр, а в А-центре оказывается следующий кодон мРНК. тРНК, которая передала Мет (или растущий пептид) на аминокислоту аа-тРНК (Вал-тРНКвал) на этом этапе теряет связь с Р-центром и уходит в цитозоль клетки.

Терминация. Этот этап наступает, когда в А-центр рибосомы попадает один из стоп-кодонов мРНК - UAA, UAG, UGA. По мере продвижения рибосомы по мРНК к 3’концу молекулы 5’конец высвобождается и к нему могут присоединяться новые рибосомы. При попадании в А-центр стоп-кодона вновь синтезированный пептид высвобождается из связи с тРНК и рибосомой с участием факторов терминации и энергии ГТФ.

Регуляция синтеза белка: в эукариотических клетках набор и количество белков могут регулироваться на разных уровнях реализации генетической информации в фенотипическую. На ДНК имеются короткие специфические последовательности, которые обеспечивают регуляцию экспрессии генов, именно к ним и присоединяются регуляторные белки. Индукторами или корепрессорами, стимулирующими присоединение регуляторных белков к ДНК, могут быть гормоны, ионы металлов, субстраты или продукты метаболических путей. У белков-регуляторов имеется 3 важнейших участка:

-участок, по которому белки взаимодействуют с энхансерами или сайленсерами -участок, к которому присоединяются индукторы или корепрессоры

-участок, взаимодействующий с белками-посредниками или транскрипционными факторами и изменяющий сродство промотора к РНК-полимеразе.

Пример: стероидные гормоны кортизол, альдостерон легко проходят плазматическую мембрану и в цитозоле клеток-мишеней присоединяются к белку-рецептору. Образуется комплекс, который проходит ядерную мембрану и связывается с регуляторным участком определенного гена. При присоединении к к энхансеру, изменение конформаци ДНК вызывает индукцию транскрипции.

32.Витмамины.Гипо- и гипервитаминозы. Мех-м

действия витаминов. Классификация витаминов. Представители и значение.

Витамины - низкомолекулярные органические соединения различной химической природы и различного строения, синтезируемые главным образом растениями, частично - микроорганизмами. Для человека витамины - незаменимые пищевые факторы. Недостаток поступления витаминов с пищей, нарушение их всасывания или нарушение их использования организмом приводит к развитию патологических состояний, называемых гиповитаминозами. Гипервитаминоз — острое расстройство в результате интоксикации сверхвысокой дозой одного или нескольких витаминов (содержащихся в пище или витаминсодержащих лекарствах).Чаще всего гипервитаминозы вызываются приёмом резко повышенных доз витаминов А и D. Специфические функции многих витаминов определяются их связью с различными ферментами . Большинство водорастворимых витаминов ( группа В ) участвует в образовании коферментов и простетических групп ферментов, которые взаимодействуют с белковым компонентом (апоферментом ), приобретают каталитическую активность и непосредственно включаются в разнообразные химические реакции .Таким образом, витамины принимают опосредованное участие во многих обменных процессах : энергетическом ( тиамин, рибофлавин, ниацин ), биосинтезе и превращениях аминокислот и белков ( витамины В6 и В12 ), различных превращениях жирных кислот и стероидных гормонов ( пантотеновая кислота ), нуклеиновых кислот ( фолат ) и других физиологически активных соединений . Некоторые жирорастворимые витамины также выполняют коферментные функции . Витамин А в форме ретиналя является простетической группой зрительного белка родопсина, участвующего в процессе фоторецепции. По химическому строению и физико-химическим свойствам (в частности, по растворимости) витамины делят на 2 группы:

1) водорастворимые:Витамин В1 (тиамин); Витамин В2 (рибофлавин);Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, витамин В3);Пантотеновая кислота (витамин В5); Витамин В6 (пиридоксин); Биотин (витамин Н); Фолиевая кислота (витамин Вс, В9); Витамин В12 (кобаламин); Витамин С (аскорбиновая кислота);Витамин Р (биофлавоноиды).

2)жирорастворимые:Витамин А(ретинол);Витамин D (холекальциферол);Витамин Е (токоферол);Витамин К (филлохинон). Водорастворимые витамины: Витамин B1 (тиамин)( в виде ТДФ он

входит в состав как минимум трёх ферментов и ферментных комплексов: в составе пируват- и ос-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов он участвует в окислительном декарбоксилировании пирувата и ос-кетоглутарата; в составе транскетолазы ТДФ участвует в пентозофосфатном пути превращения углеводов. Основной, наиболее характерный и специфический признак недостаточности витамина В1 - полиневрит, в основе которого лежат дегенеративные изменения нервов). Витамин В2 (рибофлавин)( остановке роста у

молодых организмов. В слизистой оболочке кишечника после всасывания витамина происходит образование коферментов FMN и FAD. Коферменты FAD и FMN входят в состав флавиновых ферментов, принимающих участие в окислительновосстановительных реакциях). Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, витамин B3) (Никотиновая кислота в организме входит в состав NAD и NADP, выполняющих функции коферментов различных дегидрогеназ. Недостаточность витамина РР приводит к заболеванию "пеллагра", для которого характерны 3 основных признака: дерматит, диарея, деменция.). Витамин С (аскорбиновая кислота) (участвует во многих реакциях гидроксилирования: остатков Про и Лиз при синтезе коллагена (основного белка соединительной ткани), при гидроксилировании дофамина, синтезе стероидных гормонов в коре надпочечников). Витамин А (ретинол) (ретинол превращается в ретиналь и ретиноевую кислоту, участвующие в регуляции ряда функций (в росте и дифференцировке клеток); они также составляют фотохимическую основу акта зрения). Витамины группы D (кальциферолы)(калыщтриол выполняет гормональную функцию, участвуя в регуляции обмена Са2+ и фосфатов). Витамины группы Е (токоферолы)( является биологическим антиоксидантом. Он ингибирует свободнорадикальные реакции в клетках и таким образом препятствует развитию цепных реакций перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот в липидах биологических мембран). Витамины К (нафтохиноны)( участие в процессе свёртывания крови. Он участвует в активации факторов свёртывания крови(протромбина)).

33.Жирорасмтворимые витамины. Вит. А.

Авитаминозы.

Жирорастворимые витаминырастворяются в жирах; человек получает из продуктов растительного и животного происхождения. Витамин А (ретинол) - циклический, ненасыщенный, одноатомный спирт.Источники. Витамин А содержится только в животных продуктах: печени крупного рогатого скота и свиней, яичном желтке, молочных продуктах; особенно богат этим витамином рыбий жир. В растительных продуктах (морковь, томаты, перец, салат и др.) содержатся каротиноиды, являющиеся провитаминами А. В слизистой оболочке кишечника и клетках печени содержится специфический фермент каротиндиоксигеназа, превращающий каротиноиды в активную форму витамина А. Суточная потребность витамина А взрослого человека составляет от 1 до 2,5 мг витамина или от 2 до 5 мг р-каротинов. В организме ретинол превращается в ретиналь и ретиноевую кислоту, участвующие в регуляции ряда функций (в росте и дифференцировке клеток); они также составляют фотохимическую основу акта зрения. Светочувствительный аппарат глаза - сетчатка. Падающий на сетчатку свет адсорбируется и трансформируется пигментами сетчатки в другую форму энергии. У человека сетчатка содержит 2 типа рецепторных клеток: палочки и колбочки. Первые реагируют на слабое (сумеречное) освещение, а колбочки - на хорошее освещение (дневное зрение). Палочки содержат зрительный пигмент родопсин, а колбочки - йодопсин. Оба пигмента - сложные белки, отличающиеся своей белковой частью. В качестве кофермента оба белка содержат 11-цисретиналь, альдегидное производное витамина А. Белки, образующиеся в результате стимуляции генов под влиянием ретиноевой кислоты, влияют на рост, дифференцировку, репродукцию и эмбриональное развитие. Наиболее ранний и характерный признак недостаточности витамина А у людей и экспериментальных животных - нарушение сумеречного зрения (гемералопия, или "куриная" слепота). Специфично для авитаминоза А поражение глазного яблока - ксерофтальмия, т.е. развитие сухости роговой оболочки глаза как следствие закупорки слёзного канала в связи с ороговением эпителия. Это, в свою очередь, приводит к развитию конъюнктивита, отёку, изъязвлению и размягчению роговой оболочки, т.е. к кера-томаляции. Ксерофтальмия и кератомаляция при отсутствии соответствующего лечения могут привести к полной потере зрения.

Авитаминоз—заболевание, являющееся следствием длительного неполноценного питания, в котором отсутствуют какие-либо витамины. Некоторые заболевания:цинга — при отсутствии витамина С;бери-бери — Витамин B1;рахит — Витамин D;пеллагра — Витамин PP;

34.Витамины гр. Д. Патогенез рахита.

Витамины группы D (кальциферолы).Кальциферолы - группа химически родственных соединений, относящихся к производным стеринов. Наиболее биологически активные витамины - D2 и D3. Витамин D2 (эргокалыщферол), производное эргостерина - растительного стероида, встречающегося в некоторых грибах, дрожжах и растительных маслах. Витамин D3, имеющийся у человека и животных, - холекальциферол, образующийся в коже человека из 7- дегидрохолестерина под действием УФ-лучей. Провитамины D2 и D3 - стерины, у которых в кольце В две двойные связи. При воздействии света в процессе фотохимической реакции происходит расщепление кольца В. Наибольшее количество витамина D3 содержится в продуктах животного происхождения: сливочном масле, желтке яиц, рыбьем жире. Суточная потребность для детей 12-25 мкг (500-1000 ME), для взрослого человека потребность значительно меньше. В организме человека витамин D3 гидроксилируется в положениях 25 и 1 и превращается в биологически активное соединение 1,25 - дигидроксихолекальциферол (калыщтриол). Калыщтриол выполняет гормональную функцию, участвуя в регуляции обмена Са2+ и фосфатов, стимулируя всасывание Са2+ в кишечнике и кальцификацию костной ткани, реабсорбцию Са2+и фосфатов в почках. При недостатке витамина D у детей развивается заболевание "рахит", характеризуемое нарушением кальцификации растущих костей. При этом наблюдают деформацию скелета с характерными изменениями костей. Поступление в организм избыточного количества витамина D3 может вызвать гипервитаминоз D. Это состояние характеризуется избыточным отложением солей кальция в тканях лёгких, почек, сердца, стенках сосудов, а также остеопорозом с частыми переломами костей. Рахит—заболевание детей грудного и раннего возраста, протекающее с нарушением образования костей и недостаточностью их минерализации, обусловленное главным образом дефицитом витамина D (см. также гиповитаминоз D) и его активных форм в период наиболее интенсивного роста организма. Основных причин, связанных с зоной риска заболеваемости рахитом, три:световая (включающая сезонные, климатические и бытовые факторы);нерациональное вскармливание (вскармливание ребенка чужим молоком, что вызывает плохое усвоение кальция, питание однообразной белковой пищей или пищей с насыщенной липидной природой, дефицит микроэлементов,витаминов группы В и витамина А);недоношенность ребенка;эндогенные причины(нарушение процессов всасывания витамина D в кишечнике, нарушение процессов гидроксилирования неактивных форм витамина D в его активные формы — витамин D3 в печени и почках, отсутствие или нарушение функциональной активности рецепторов к витамину D3;предрасположенность к заболеванию (дети негроидной расы более предрасположены к развитию рахита).

35.Витамин Е.

Витамин Е был выделен из масла зародышей пшеничных зёрен в и получил название токоферол. Наибольшую биологическую активность проявляет α-токоферол. Источники витамина Е для человека - растительные масла, салат, капуста, семена злаков, сливочное масло, яичный желток.Суточная потребность взрослого человека в витамине примерно 5 мг. По механизму действия токоферол является биологическим антиоксидантом. Он ингибирует свободнорадикальные реакции в клетках и таким образом препятствует развитию цепных реакций перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот в липидах биологических мембран и других молекул, например ДНК. Токоферол повышает биологическую активность витамина А, защищая от окисления ненасыщенную боковую цепь. Известно положительное влияние витамина Е при лечении нарушения процесса оплодотворения, при повторяющихся непроизвольных абортах, некоторых форм мышечной слабости и дистрофии. Показано применение витамина Е для недоношенных детей и детей, находящихся на искусственном вскармливании, так как в коровьем молоке в 10 раз меньше витамина Е, чем в женском. Дефицит витамина Е проявляется развитием гемолитической анемии, возможно из-за разрушения мембран эритроцитов. Участвует в пролиферации клеток, клеточном дыхании и других процессах метаболизма в клетках.Витамин Е предотвращает образование тромбов и способствует их рассасыванию. Жирорастворимый витамин Е в основном воздействует на клеточные мембраны, находясь в их липидной среде. Данный эффект способствует угнетению перекисного окисления и повреждения свободными радикалами липидов мембран, уменьшению накопления перекисей полиненасыщенных жирных кислот и продуктов их дальнейших превращений, в свою очередь также оказывающих повреждающее влияние на клетки и их органеллы.

36.Витамин К.

Витамины К (нафтохиноны).Витамин К существует в нескольких формах в растениях как филлохинон (К1), в клетках кишечной флоры как менахинон (К2). Источники витамина К-растительные (капуста, шпинат, корнеплоды и фрукты) и животные (печень) продукты. Кроме того, он синтезируется микрофлорой кишечника. Обычно авитаминоз К развивается вследствие нарушения всасывания витамина К в кишечнике, а не в результате его отсутствия в пище. Суточная потребность в витамине взрослого составляет 1-2 мг. Биологическая функция витамина К связана с его участием в процессе свёртывания крови. Он участвует в активации факторов свёртывания крови: протромбина (фактор II), проконвертина (фактор VII), фактора Кристмаса (фактор IX) и фактора Стюарта (фактор X). Эти белковые факторы синтезируются как неактивные предшественники. Один из этапов активации их карбоксилирование по остаткам глутаминовой кислоты с образованием у- карбоксиглутамино-вой кислоты, необходимой для связывания ионов кальция. Витамин К участвует в реакциях карбоксилирования в качестве кофермента. Основное проявление авитаминоза К - сильное кровотечение, часто приводящее к шоку и гибели организма. Витамин участвует в усвоении кальция и в обеспечении взаимодействия кальция и витамина D.

37.Водорастворимые витамины. Витамин В1. В1-

авитаминоз.

Водорастворимые витамины при их избыточном поступлении в организм, будучи хорошо растворимыми в воде, быстро выводятся из организма. Витамин B1 (тиамин). Структура витамина включает пиримидиновое и тиазоловое кольца, соединённые метановым мостиком. Витамин В1 - первый витамин, выделенный в кристаллическом виде. Он широко распространён в продуктах растительного происхождения (оболочка семян хлебных злаков и риса, горох, фасоль, соя и др.). В организмах животных витамин В1, содержится преимущественно в виде дифосфорного эфира тиамина (ТДФ); он образуется в печени, почках, мозге, сердечной мышце путём фосфорилирования тиамина при участии тиаминкиназы и АТФ.Суточная потребность взрослого человека в среднем составляет 2-3 мг витамина В1. Преобладание углеводов в пище повышает потребность организма в витамине; жиры, наоборот, резко уменьшают эту потребность. Биологическая роль витамина В, определяется тем, что в виде ТДФ он входит в состав как минимум трёх ферментов и ферментных комплексов: в составе пируват- и оскетоглутаратдегидрогеназных комплексов он участвует в окислительном декарбоксилировании пирувата и ос-кетоглутарата; в составе транскетолазы ТДФ участвует в пентозофосфатном пути превращения углеводов. Основной, наиболее характерный и специфический признак недостаточности витамина В1 - полиневрит, в основе которого лежат дегенеративные изменения нервов. К характерным признакам заболевания, связанного с недостаточностью витамина В1 относят также нарушения секреторной и моторной функций ЖКТ; наблюдают снижение кислотности желудочного сока, потерю аппетита, атонию кишечника. Отсутствие в пище человека витамина В1 приводит к заболеванию, известному под названием бери-бери. Вторым важнейшим признаком полиневрита являются нарушения сердечной деятельности. Сердце увеличено в размерах, ритм учащен (у человека), отмечаются сверлящие боли в области сердца.

38.Витамин В2.Авитаминоз В2.

Витамин В2 (рибофлавин). В основе структуры витамина В2 лежит структура изоаллоксазина, соединённого со спиртом рибитолом. Главные источники витамина В2 - печень, почки, яйца, молоко, дрожжи. Витамин содержится также в шпинате, пшенице, ржи. Частично человек получает витамин В2 как продукт жизнедеятельности кишечной микрофлоры. Суточная потребность в витамине В2 взрослого человека составляет 1,8-2,6 мг.Биологические функции- в слизистой оболочке кишечника после всасывания витамина происходит образование коферментов FMN и FAD. Коферменты FAD и FMN входят в состав флавиновых ферментов, принимающих участие в окислительно-восстановительных реакциях. Флавиновые ферменты принимают участие в окислении жирных к-т; в окислит. декарбоксилировании пировиноград-ной и a- кетоглутаровой к-т; окислении янтарной к-ты в цикле трикарбоновых к-т (сукцинатдегидрогеназа). Флавопротеиды, флавиновые ферменты, желтые ферменты, сложные простетической группой (небелковым компонентом) которых служат производные рибофлавина (витамина В2) – флавинадениндинуклеотид (ФАД) или флавинмононуклеотид (ФМН). Флавопротеиды относятся к классу оксидоредуктаз и катализируют важные окислительно-восстановительные реакции в живых организмах при непосредственном участии ФАД, реже – ФМН. Основная функция флавопротеидов–окисление восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (НАДН) в цепи переноса электронов.Клинические проявления недостаточности рибофлавина выражаются в остановке роста у молодых организмов. Часто развиваются воспалительные процессы на слизистой оболочке ротовой полости, появляются длительно незаживающие трещины в углах рта, дерматит носогубной складки. Типично воспаление глаз: конъюнктивиты, васкуляризация роговицы, катаракта. Кроме того, при авитаминозе В2 развиваются общая мышечная слабость и слабость сердечной мышцы.

39.Витамин В6,его производные. Коферментная

роль вит. В6.

Витамин В6(пиридоксин, пиридоксаль,пиридоксамин). В основе структуры витамина В6 лежит пиридиновое кольцо. Известны 3 формы витамина В6, отличающиеся строением замещающей группы у атома углерода в п-положении к атому азота. Все они характеризуются одинаковой биологической активностью. Пиридоксаль отличается от пиридоксина тем, что вместо одной из трёх гидроксогрупп к пиридиновому кольцу присоединена карбонильная группа, так что пиридоксаль является одновременно и альдегидом. Пиридоксамин отличается от пиридоксина тем, что вместо одной из трёх гидроксогрупп к пиридиновому кольцу присоединена аминогруппа. Особенно много его содержится в зерновых ростках, в грецких орехах и фундуке, в шпинате, картофеле, моркови, цветной и белокочанной капусте, помидорах, клубнике, черешне, апельсинах и лимонах. Также он содержится в мясных и молочных продуктах, рыбе, яйцах, крупах и бобовых. Витамин B6 (пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин) синтезируется в организме кишечной микрофлорой. Суточная потребность составляет 2-3 мг. Все формы витамина В6 используются в организме для синтеза коферментов: пиридоксальфосфата и пиридоксаминфосфата. Коферменты образуются путём фосфорилирования по гидроксиметильной группе в пятом положении пиримидинового кольца при участии фермента пиридоксалькиназы и АТФ как источника фосфата. Пиридоксалевые ферменты играют ключевую роль в обмене аминокислот: катализируют реакции трансаминирования и декарбоксилирования аминокислот, участвуют

вспецифических реакциях метаболизма отдельных аминокислот: серина, треонина, триптофана, серосодержащих аминокислот, а также

всинтезе гема. Пиридоксальфосфат:принимает участие в образовании эритроцитов;участвует в процессах усвоения нервными

клетками глюкозы; необходим для белкового обмена и трансаминирования аминокислот; принимает участие в обмене жиров;Авитаминоз В6 у детей проявляется повышенной возбудимостью ЦНС, периодическими судорогами, что связано, возможно, с недостаточным образованием тормозного медиатора ГАМК, специфическими дерматитами. У взрослых признаки гиповитаминоза В6 наблюдают при длительном лечении туберкулёза изониазидом (антагонист витамина В6). При этом возникают поражения нервной системы (полиневриты), дерматиты.

40.Витамин РР.

Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, витамин B3). Содержится в ржаном хлебе, ананасе, гречке, фасоли, мясе, грибах, печени, почках. В пищевой промышленности используется в качестве пищевой добавки E375. Витамин РР широко распространён в растительных продуктах, высоко его содержание в рисовых и пшеничных отрубях, дрожжах, много витамина в печени и почках крупного рогатого скота и свиней. Витамин РР может образовываться из триптофана (из 60 молекул триптофана может образоваться 1 молекула никотинамида), что снижает потребность в витамине РР при увеличении количества триптофана в пище. В организме никотиновая кислота превращается в никотинамид, который связывается с коферментами кодегидрогеназы I и II (НАД и НАДФ), переносящими водород, участвует в метаболизме жиров, белков, аминокислот, пуринов, тканевом дыхании, гликогенолизе, процессах биосинтеза. Суточная потребность в этом витамине доставляет для взрослых 15-25 мг, для детей - 15 мг. Недостаточность витамина РР приводит к заболеванию "пеллагра", для которого характерны 3 основных признака: дерматит, диарея, деменция ("три Д"), Пеллагра проявляется в виде симметричного дерматита на участках кожи, доступных действию солнечных лучей, расстройств ЖКТ (диарея) и воспалительных поражений слизистых оболочек рта и языка. В далеко зашедших случаях пеллагры наблюдают расстройства ЦНС (деменция): потеря памяти, галлюцинации и бред. Никотинамид входит в состав кодегидраз, являющихся переносчиками водорода к флавопротеиновым ферментам, и тем самым регулирует окислительно-восстановительные процессы в организме.Основная функция флавопротеидов–окисление восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (НАДН) в цепи переноса электронов. Никотиновая кислота участвует в клеточном дыхании, при ее дефиците в организме нарушается обмен веществ, возникают дистрофические и дегенеративные изменения во всех органах и тканях, более выраженные в коже, нервной и пищеварительной системах. Тяжелая недостаточность никотиновой кислоты проявляется клиническими симптомами пеллагры, которая встречается в некоторых странах Азии и Африки. Обычно при пеллагре наблюдаются признаки дефицита других витаминов группы В, а также признаки недостатка некоторых аминокислот, содержащихся в белках. При недостаточности никотиновой кислоты развивается пеллагра – тяжелое заболевание, связанное с поражением центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта и кожи. Со стороны центральной нервной системы отмечаются раздражительность, нарушение чувствительности кожных покровов, снижение двигательной активности (адинамия), потеря устойчивости при ходьбе (атаксия), психозы и психическая депрессия. Возникает также глоссит (воспаление языка), нарушается секреция желудочного сока, развиваются упорные поносы. Поражение кожи характеризуется симметричным воспалением (дерматитом) лица и открытых частей тела.

41.Пантотеновая кислота. П-аминобензойная

кислота.

Пантотеновая кислота (витамин B5).Пантотеновая кислота состоит из остатков D-2,4-дигидрокси-3,3-диметилмасляной кислоты и β- аланина, соединённых между собой амидной связью.Она синтезируется растениями и микроорганизмами, содержится во многих продуктах животного и растительного происхождения (яйцо, печень, мясо, рыба, молоко, дрожжи, картофель, морковь, пшеница, яблоки). В кишечнике человека пантотеновая кислота в небольших количествах продуцируется кишечной палочкой. Пантотеновая кислота - универсальный витамин, в ней или её производных нуждаются человек, животные, растения и микроорганизмы. Пантотеновая кислота по химической природе — дипептид, состоящий из остатков аминокислоты β-аланина и пантоевой кислоты. Пантотеновая кислота, попадая в организм, превращается в пантетин, который входит в состав кофермента А, который играет важную роль в процессах окисления и ацетилирования. Кофермент А-одно из немногих веществ в организме, участвующее в метаболизме и белков, и жиров, и углеводов. Важнейшим свойством витамин В5 является его способность стимулировать производство гормонов надпочечников — глюкокортикоидов, что делает его мощным средством для лечения таких заболеваний как артрит, колит, аллергия и болезни сердца. Он играет важную роль в формировании антител, способствует усвоению других витаминов, а также принимает участие в синтезе нейротрансмиттеров. Она нормализует липидный обмен и активирует окислительно-восстановительные процессы в организме. Суточная потребность человека в пантотеновой кислоте составляет 10-12 мг. Пантотеновая кислота используется в клетках для синтеза коферментов: 4-фосфопантотеина и КоА. 4-фосфопантотеин - коферменг пальмитоилсинтазы. КоА участвует в переносе ацильных радикалов в реакциях общего пути катаболизма, активации жирных кислот, синтеза холестерина и кетоновых тел, синтеза ацетилглюкозаминов, обезвреживания чужеродных веществ в печени. Недостаток пантотеновой кислоты в организме приводит к нарушениям обмена веществ, на основе которых развиваются дерматиты, депигментация и потеря волос, шерсти или перьев, прекращение роста, истощение, изменения в надпочечниках и нервной системе, а также расстройства координации движений, функций сердца и почек, желудка, кишечника.

п-Аминобензойная кислота является бесцветным кристаллическим веществом, которое постепенно под влиянием воздуха и света приобретает желтый оттенок. Она довольно плохо растворима в воде и очень хорошо в спирте. п-Аминобензойная кислота находится в довольно больших количествах в дрожжах, а из животных продуктов

– в печени. Нормальный процесс пигментации волос, шерсти, перьев, а также кожи связан с наличием этого витамина.Действие солнечных лучей при загаре объясняется тем, что находящаяся в поверхностных слоях кожи п-аминобензойная кислота, подвергаясь фотохимическому превращению, образует вещество, способствующее пигментации. п-аминобензойная кислота является веществом, необходимым для роста многих бактерий, в том числе патогенных: пневмококков (возбудители пневмонии, или воспаления легких), менингококков (возбудители менингита), гонококков (возбудители гонореи), дизентерийных бактерий и ряда других.

42.Витамин Н(биотин).

Биотип (витамин Н).В основе строения биотина лежит тиофеновое кольцо, к которому присоединена молекула мочевины, а боковая цепь представлена валерьяновой кислотой. Биотин является кофактором в метаболизме жирных кислот, лейцина и в процессе глюконеогенеза.Входит в состав ферментов, регулирующих белковый и жировой обмен, обладает высокой активностью. Участвует в синтезе глюкокиназы.Является коферментом различных ферментов, в том числе и транскарбоксилаз. С участием биотина протекают реакции активирования и переноса СО2. Физиологическая потребность для взрослых – 50 мкг/сутки. Для детей – от 10 до 50 мкг/сутки в зависимости от возраста. Биотин содержится почти во всех продуктах животного и растительного происхождения. Наиболее богаты этим витамином печень, почки, молоко, желток яйца. В обычных условиях человек получает достаточное количество биотина в результате бактериального синтеза в кишечнике. Наиболее богаты биотином печень, соя, арахис, дрожжи, томаты, шпинат, яичный желток, грибы. Биотин выполняет коферментную функцию в составе карбоксилаз: он участвует в образовании активной формы СО2. В организме биотин используется в образовании малонил-КоА из ацетил-КоА, в синтезе пуринового кольца, а также в реакции карбоксилирования пирувата с образованием оксалоацетата. При недостаточности биотина у человека развиваются явления специфического дерматита, характеризующегося покраснением и шелушением кожи, а также обильной секрецией сальных желёз (себорея). При авитаминозе витамина Н наблюдают также выпадение волос и шерсти у животных, поражение ногтей, часто отмечают,боли в мышцах, усталость, сонливость и депрессию.

43.Фолиевая кислота. Тетрагидрофолиевая

кислота. Синтез одноуглеродистых радикалов.

Фолиевая кислота (витамин Вc, витамин B9). Фолиевая кислота состоит из трёх структурных единиц: остатка птеридина, парааминобензойной и глутаминовой кислот. Витамин, полученный из разных источников, может содержать 3-6 остатков глутаминовой кислоты. Фолиевая кислота была вьщелена из зелёных листьев растений. Большинство микроорганизмов, низшие и высшие растения синтезируют Ф.к. В тканях человека, млекопитающих животных и птиц она не образуется и должна поступать с пищей; может синтезироваться микрофлорой кишечника. Ф.к. стимулирует кроветворные функции организма. В животных и растительных тканях Ф. к. в восстановленной форме (в виде тетрагидрофолиевой кислоты и её производных) участвует в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований, некоторых аминокислот (серина, метионина, гистидина), холина и др. Суточная потребность в Ф. к. для взрослого человека 0,2–0,4 мг. Значительное количество этого витамина содержится в дрожжах, а также в печени, почках, мясе и других продуктах животного происхождения. Основной источник Ф. к. – листовые овощи, печень, дрожжи. Богата ею земляника. Ф. к. – эффективное средство лечения некоторых форм анемии и др. заболеваний. Биологическая роль фолиевой кислоты определяется тем, что она служит субстратом для синтеза коферментов, участвующих в реакциях переноса одноуглеродных радикалов различной степени окисленности: метальных, оксиметильных, формильных и других. Эти коферменты участвуют в синтезе различных веществ: пуриновых нуклеотидов, превращении с!УМФ в сПГМФ, в обмене глицина и серина. Фолиевая кислота необходима для создания и поддержания в здоровом состоянии новых клеток, поэтому её наличие особенно важно в периоды быстрого развития организма. В первую очередь от нехватки фолиевой кислоты страдает костный мозг, в котором происходит активное деление клеток. Клетки-предшественники красных кровяных телец (эритроцитов), образующиеся в костном мозге, при дефиците фолиевой кислоты увеличиваются в размере, образуя так называемые мегалобласты (см. макроцитоз) и приводя к мегалобластной анемии. Основная функция фолиевой кислоты и её производных — перенос одноуглеродных групп, например метильных и формильных, от одних органических соединений к другим. Главная активная форма фолиевой кислоты — тетрагидрофолиевая кислота, образуемая с помощью фермента дигидрофолат редуктазы. Наиболее характерные признаки авитаминоза фолиевой кислоты - нарушение кроветворения и связанные с этим различные формы малокровия (макроцитарная анемия), лейкопения и задержка роста. При гиповитаминозе фолиевой кислоты наблюдают нарушения регенерации эпителия, особенно в ЖКТ, обусловленные недостатком пуринов и пиримидинов для синтеза ДНК в постоянно делящихся клетках слизистой оболочки.

44.Витамин С.

Витамин С (аскорбиновая кислота).Аскорбиновая кислота - лактон кислоты, близкой по структуре к глюкозе. Существует в двух формах: восстановленной (АК) и окисленной (дегидроаскорбиновой кислотой, ДАК). Обе эти формы аскорбиновой кислоты быстро и обратимо переходят друг в друга и в качестве коферментов участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. Аскорбиновая кислота может окисляться кислородом воздуха, пероксидом и другими окислителями. ДАК легко восстанавливается цистеином, глутатионом, сероводородом. В слабощелочной среде происходят разрушение лактонового кольца и потеря биологической активности. При кулинарной обработке пищи в присутствии окислителей часть витамина С разрушается. Является одним из основных питательных веществ в человеческом рационе, которое необходимо для нормального функционирования соединительной и костной ткани. Выполняет биологические функции восстановителя и кофермента некоторых метаболических процессов, является антиоксидантом. Биологически активен только один из изомеров — L-аскорбиновая кислота, который называют витамином C. В природе аскорбиновая кислота содержатся во фруктах (в особенности в плодах цитрусовых) и многих овощах. Наиболее богаты аскорбиновой кислотой плоды киви, шиповника, красного перца, цитрусовых, чёрной смородины, лук, томаты, листовые овощи (например, салат и капуста), обычном сладком перце, брокколи и шпинате. Источники витамина С - свежие фрукты, овощи, зелень. Суточная потребность человека в витамине С составляет 50-75 мг. Аскорбиновая кислота также участвует в превращении холестерина в желчные кислоты.Витамин С необходим для детоксикации в гепатоцитах при участии цитохрома P450. Витамин С сам нейтрализует супероксид-анион радикал до перекиси водорода.Восстанавливает убихинон и витамин Е. Стимулирует синтез интерферона, следовательно, участвует в иммуномодулировании. Главное свойство аскорбиновой кислоты - способность легко окисляться и восстанавливаться. Вместе с ДАК она образует в клетках окислительно-восстановительную пару с редокс-потенциалом +0,139 В. Благодаря этой способности аскорбиновая кислота участвует во многих реакциях гидроксилирования: остатков Про и Лиз при синтезе коллагена (основного белка соединительной ткани), при гидроксилировании дофамина, синтезе стероидных гормонов в коре надпочечников. В кишечнике аскорбиновая кислота восстанавливает Fe3+в Fe2+, способствуя его всасыванию, ускоряет освобождение железа из ферритина, способствует превращению фолата в коферментные формы. Недостаточность аскорбиновой кислоты приводит к заболеванию, называемому цингой (скорбут). Цинга, возникающая у человека при недостаточном содержании в пищевом рационе свежих фруктов и овощей. Болеют цингой только человек, приматы и морские свинки. Главные проявления авитаминоза обусловлены в основном нарушением образования коллагена в соединительной ткани. Вследствие этого наблюдают разрыхление дёсен, расшатывание зубов, нарушение целостности капилляров (сопровождающееся подкожными кровоизлияниями). Возникают отёки, боль в суставах, анемия. Анемия при цинге может быть связана с нарушением способности использовать запасы железа, а также с нарушениями метаболизма фолиевой кислоты.

45.Гомоны.Химическая природа, мех-м действия,

их роль в регуляции обмена веществ.

Гормоны-биологически активные сигнальные химические вещества, выделяемые эндокринными железами непосредственно в организме и оказывающие дистанционное сложное и многогранное воздействие на организм в целом либо на определённые органы и ткани-мишени. Гормоны служат гуморальными (переносимыми с кровью) регуляторами определённых процессов в различных органах и системах. Используются в организме для поддержания его гомеостаза, а также для регуляции многих функций (роста, развития, обмена веществ, реакции на изменения условий среды). По химической природе гормоны делятся на следующие группы: белково-пептидные, производные аминокислот и стероидные гормоны. Пептидные-это гормоны гипоталамуса и гипофиза, поджелудочной и паращитовидной желёз и гормон щитовидной железы кальцитонин. Некоторые гормоны, например фолликулостимулирующий и тиреотропный, представляют собой гликопротеиды-пептидные цепочки, „украшенные“ углеводами. Пептидные и белковые гормоны обычно действуют на внутриклеточные процессы через специфические рецепторы, расположенные на поверхностной мембране клеток-мишеней. Гормонов имеющих белковую или полипептидную природу называют тропинами, так как они оказывают направленное стимулирующее действие на процессы роста и обмена веществ организма и на функцию периферических эндокринных желез. Производные аминокислот -- это амины, которые синтезируются в мозговом слое надпочечников (адреналин и норадреналин) и в эпифизе (мелатонин), а также иодсодержащие гормоны щитовидной железы трииодтиронин и тироксин (тетраиодтиронин), из аминокислоты тирозина, которая, в свою очередь, синтезируется из незаменимой аминокислоты фенилаланина. К ним относятся гормоны мозгового слоя надпочечников норадреналин и адреналин, и гормоны щитовидной железы - трииодтиронин и тироксин. Когда гормон, находящийся в крови, достигает клетки-мишени, он вступает во взаимодействие со специфическими рецепторами; рецепторы «считывают послание» организма, и в клетке начинают происходить определенные перемены. Каждому конкретному гормону соответствуют исключительно «свои» рецепторы, находящиеся в конкретных органах и тканях — только при взаимодействии гормона с ними образуется гормон-рецепторный комплекс. Механизмы действия гормонов могут быть разными. Одну из групп составляют гормоны, которые соединяются с рецепторами, находящимися внутри клеток — как правило, в цитоплазме. К ним относятся гормоны с липофильными свойствами — например, стероидные гормоны (половые, глюко- и минералокортикоиды), а также гормоны щитовидной железы. Будучи жирорастворимыми, эти гормоны легко проникают через клеточную мембрану и начинают взаимодействовать с рецепторами в цитоплазме или ядре. Они слабо растворимы в воде, при транспорте по крови связываются с белкаминосителями. Гормоны отличаются и по механизму передачи сигнала в клетку. Первый этап передачи гормонального сигнала - это обратимое взаимодействие гормонов с белками-рецепторами, которые могут находиться в мембране, цитоплазме или ядре клетокмишеней.С помощью мембранных рецепторов передают сигналы пептидные гормоны и адреналин. Активация рецепторов вызывает каскад реакций, приводящих к изменению активности и/или количества белков в клетке. С мембранными каталитическими рецепторами=тирозиновой протеинкиназой взаимодействует инсулин.С цитоплазматическими или ядерными рецепторами связываются поступающие в клетку стероидные гормоны и тироксин. Комплекс гормон-рецептор взаимодействует с регуляторными участками ДНК. Это приводит к изменению скорости транскрипции структурных генов и, как правило, изменяет скорость трансляции, а значит, и количество специфических белков, участвующих в метаболизме. По механизму действия гормоны можно разделить на 2 группы. К первой группе относят гормоны, взаимодействующие с мембранными рецепторами (пептидные гормоны, адреналин, а также гормоны местного действия - цитокины, эйкозаноиды). Вторая группа включает гормоны, взаимодействующие с внутриклеточными рецепторами. Связывание гормона (первичного посредника) с рецептором приводит к изменению конформации рецептора. Это изменение улавливается другими макромолекулами, т.е. связывание гормона с рецептором приводит к сопряжению одних молекул с другими (трансдукция сигнала). Таким образом, генерируется сигнал, который регулирует клеточный ответ путём изменения активности или количества ферментов и других белков. В зависимости от способа передачи гормонального сигнала в клетках меняется скорость реакций метаболизма:

врезультате изменения активности ферментов;

врезультате изменения количества ферментов.

Обмен углеводов, липидов и аминокислот главным образом регулируют инсулин, глюкагон, кортизол и адреналин.Универсальным энергетическим субстратом для всех тканей является глюкоза, причем ее уровень в крови контролирует синтез и секрецию гормонов поджелудочной железы – инсулина и глюкагона. Нормальный суточный ритм питания, включающий 3- разовый прием сбалансированной по составу пищи, состоит из абсорбтивного периода, составляющего от 1 до 4 ч после приема пищи, и постабсорбтивного периода, наиболее характерного во время ночного сна. Повышение концентрации глюкозы при пищеварении стимулирует секрецию инсулина. Уровень глюкагона в абсорбтивный период остается невысоким, так как его секреция ускоряется при снижении концентрации глюкозы в крови. Переключение метаболизма с абсорбтивного состояния на постабсорбтивное и при последующем голодании, а также обеспечение тканей основными энергетическими субстратами, необходимыми для сохранения жизнедеятельности, в основном осуществляют гормоны инсулин, глюкагон, кортизол и адреналин. Метаболизм углеводов, жиров и белков абсорбтивный период.При пищеварении в крови повышаются концентрации глюкозы, аминокислот, хиломикронов и ЛПОНП. Увеличение уровня глюкозы в крови стимулирует секрецию гормона инсулина β-клетками поджелудочной железы. Инсулин секретируется при концентрации глюкозы в крови выше 80 мг/дл, причем секреция ускоряется с увеличением уровня глюкозы в крови. Это приводит к повышению индекса инсулин/глюкагон.Инсулин ускоряет поступление глюкозы в инсулинзависимые ткани мышцы и жировую ткань, а жирных кислот – из ЛПОНП и ХМ в разные ткани. Метаболизм углеводов, жиров и белков постабсорбтивный период и при голодании. Переваривание и всасывание углеводов заканчивается через 2 ч после приема пищи, а белков и жиров – через 4-6 ч.При полном голодании характерные изменения метаболизма отмечаются в течение 1-х суток (1 фаза голодания), недели (2 фаза) и нескольких недель (3фаза). Время между завершением пищеварения и следующим приемом пищи соответствует постабсорбтивному состоянию, т.е. продолжается от 4 до 12 ч после абсорбтивного периода.

1 фаза голодания. В течение постабсорбтивного периода и при дальнейшем голодании уровень глюкозы в крови постепенно снижается, поэтому концентрация инсулина уменьшается и повышается концентрация глюкагона. Индекс инсулин/глюкагон снижается. 2 фаза голодания характеризуется дальнейшим снижением индекса инсулин/глюкагон, вызванным ускорением синтеза и секреции глюкагона. Кроме того, продолжает повышаться синтез и секреция другого гормона – кортизола. Глюкагон стимулирует липолиз в жировой ткани. Это приводит к повышению концентрации жирных кислот. Глюкоза не поступает в мышцы из-за низкой концентрации инсулина, поэтому эта ткань получает энергию за счет окисления жирных кислоты и кетоновых тел. В крови повышается концентрация мочевины и увеличивается ее содержание в моче. Это является следствием ускорения катаболизма мышечных белков и дезаминирования аминокислот в печени под влиянием кортизола. 3 фаза наступает при продолжении голодания более недели. В этом случае основными энергетическими субстратами становятся жирные кислоты и кетоновые тела. Скорость катаболизма белков и глюконеогенез из аминокислот тормозится, вследствие чего синтез и выведение мочевины из организма уменьшаются. Снижение количества белков сопровождается атрофией тканей.

46.Гормоны щитовидной железы.

Кальцитонин образуется в С-клетках паращитовидных желез, К- клетках щитовидной железы и представляет собой пептид из 32 аминокислот. Сигналом к секреции является повышение концентрации Са2+ в крови. Рецепторы гормона являются интегральными белками цитоплазматических мембран клетокмишеней. Кальцитонин передает сигнал посредством аденилатциклазной системы, гормон снижает активность остеокластов и подавляет реабсорбцию Са2+ из почечных канальцев. В щитовидной железе синтезируются гормоны - йодированные производные тирозина. Они объединены общим названием йодтиронины. К ним относят трийодтиронин, Т3 и Т4, или тироксин. Йодтиронины участвуют в регуляции многих процессов метаболизма, развития, клеточной дифференцировки, в регуляции экспрессии генов. Йодтиронины синтезируются в составе белка тиреоглобулина (Тг) в фолликулах, которые представляют собой морфологическую и функциональную единицу щитовидной железы. Йод в виде органических и неорганических соединений поступает в ЖКТ с пищей и питьевой водой. Суточная потребность в йоде составляет 150-200 мкг. 25-30% этого количества йодидов захватывается щитовидной железой. Транспорт йодида в клетки щитовидной железы - энергозависимый процесс и происходит при участии специального транспортного белка против электрохимического градиента. Работа этого йодидпереносящего белка сопряжена с Nа+,К+-АТФ-азой. Окисление I- в I+ происходит при участии гемсодержащей тиреопероксидазы и Н2О2 в качестве окислителя. Окисленный йод взаимодействует с остатками тирозина в молекуле тиреоглобулина. Эта реакция также катализируется тиреопероксидазой. Под действием тиреопероксидазы окисленный йод реагирует с остатками тирозина с образованием монойодтирозинов (МИТ) и дийодтирозинов (ДИТ). Две молекулы ДИТ конденсируются с образованием йодтиронина Т4, а МИТ и ДИТ - с образованием йодтиронина Т3. Йодтиреоглобулин транспортируется из коллоида в фолликулярную клетку путём эндоцитоза и гидролизуется ферментами лизосом с освобождением Т3 и Т4. Большая часть Т3 и Т4 циркулирует в крови в связанной форме в комплексе с белками: тироксинсвязывающим глобулином (ТСГ) и тироксинсвязывающим преальбумином (ТСПА). Йодированные продукты катаболизма йодтиронинов конъюгируются в печени с глюкуроновой или серной кислотами, секретируются с жёлчью, в кишечнике вновь всасываются, дейодируются в почках и выделяются с мочой. При физиологической концентрации йодтиронинов их действие проявляется в ускорении белкового синтеза, стимуляции процессов роста и клеточной дифференцировки. В печени йодтиронины ускоряют гликолиз, синтез холестерола и синтез желчных кислот. Йодтиронины также участвуют в формировании ответной реакции на охлаждение увеличением теплопродукции, повышая чувствительность симпатической нервной системы к норадреналину. Гипотиреоз — состояние, обусловленное длительным, стойким недостатком гормонов щитовидной железы. Гипертиреоз-синдром, обусловленный гиперфункцией щитовидной железы. Проявляющийся повышением гормонов: трийодтиронин (Т3), тироксин (Т4).

47.Гормоны панкреатической (поджелудочной)

железы.

Поджелудочная железа человека-орган пищеварительной системы; крупная железа, обладающая внешнесекреторной и внутрисекреторной функциями. Внешнесекреторная функция органа реализуется выделением панкреатического сока, содержащего пищеварительные ферменты. Производя гормоны, поджелудочная железа принимает важное участие в регуляции углеводного, жирового и белкового обмена. Между дольками вкраплены многочисленные группы клеток, не имеющие выводных протоков, — т. н. островки Лангерганса. Островковые клетки функционируют как железы внутренней секреции (эндокринные железы), выделяя непосредственно в кровоток глюкагон и инсулин — гормоны, регулирующие метаболизм углеводов. Эти гормоны обладают противоположным действием: глюкагон повышает, а инсулин понижает уровень глюкозы в крови. Островки состоят из клеток — инсулоцитов, среди которых на основании наличия в них различных по физико-химическим и морфологическим свойствам гранул выделяют 5 основных видов:

- альфа-клетки, продуцирующие глюкагон; -бета-клетки, синтезирующие инсулин; -дельта-клетки, образующие соматостатин; -D1-клетки, выделяющие ВИП;

-PP-клетки, вырабатывающие панкреатический полипептид.

Инсулин – гормон пептидной природы, который синтезируется в β- клетках островков Лангерганса поджелудочной железы в виде неактивного предшественника инсулина. Инсулин состоит из 2 полипептидных цепей: А (21 аминокислота) и В (30 аминокислот) и содержит 3 дисульфидные связи, 2 из которых соединяют цепи А и В, а третья находится в цепи А. В печени и почках инсулин гидролизуется ферментом инсулиназой. Сигналом для секреции инсулина из поджелудочной железы в кровь служит повышение уровня глюкозы в абсорбтивный период. Действие инсулина направлено на ускорение анаболических процессов в абсорбтивный период: увеличение поступления глюкозы, жирных кислот и аминокислот в ткани, синтеза гликогена в печени и мышцах, синтеза жирных кислот и ТАГ в печени и жировой ткани, синтеза белков во многих тканях. Кроме того, инсулин по паракринному механизму, тормозит секрецию гормона глюкагона α-клетками поджелудочной железы.

Глюкагон – пептидный гормон, состоящий из 29 аминокислот. Предшественник глюкагона синтезируется α-клетками поджелудочной железы и превращается в глюкагон в результате частичного протеолиза. Глюкагон - (гормон голода), сигналом для его секреции является снижение уровня глюкозы в крови. Ткани-мишени

– печень и жировая ткань. Глюкагон передает сигнал в клетки с помощью аденилатциклазной системы, вызывая увеличение концентрации цАМФ, который активирует протеинкиназу А. В жировой ткани глюкагон активирует ТАГ-липазу и, следовательно, ускоряет мобилизацию жира. Это приводит к увеличению концентрации жирных кислот и глицерола в крови. Глюкагон ускоряет мобилизацию гликогена и синтез глюкозы из аминокислот, лактата и глицерола в печени, а также гидролиз ТАГ в жировой ткани, обеспечивая тем самым энергетическими субстратами разные ткани. Соматостатин препятствует выделению гастрина (белка, выделяемого слизистой оболочкой желудка, вызывающего усиление выделения пищеварительных соков желудком и поджелудочной железой), желудочного сока, пепсина (фермента, разрушающего белки) и уменьшает как эндокринную, так и экзокринную секрецию поджелудочной железы (выделение поджелудочной железой гормонов и пищеварительных соков). ВИП подавляет выделение соляной кислоты и пепсина (фермент желудочного сока) в желудок и расслабляет его мускулатуру, и так же стимулирует образование желчи и поступление воды и микроэлементов в поджелудочную железу. Функция панкреатического полипептида-влияет на содержание гликогена в печени и на желудочно-кишечную секрецию, подавляет секрецию панкреатического сока и расслабляет гладкие мышцы желчного пузыря .

48.Гормоны мозгового вещества надпочечников.

В мозговом веществе вырабатываютсякатехоламины - дофамин, адреналин и норадреналин. По химическому строению катехоламины - 3,4-дигидроксипроизводные фенилэтиламина. Непосредственным предшественником гормонов служит тирозин. Синтез катехоламинов происходит в цитоплазме и гранулах клеток мозгового слоя надпочечников. В гранулах происходит также запасание катехоламинов.

Катехоламины поступают в гранулы путём АТФ-зависимого транспорта и хранятся в них в комплексе с АТФ. В одних гранулах содержится адреналин, в других норадреналин, а в некоторых - оба гормона. При стимуляции содержимое гранул высвобождается во внеклеточную жидкость. Секреция гормонов из гранул происходит путём экзоцитоза. В плазме крови катехоламины образуют непрочный комплекс с альбумином. Адреналин транспортируется в основном к печени и скелетным мышцам. Норадреналин образуется в основном в органах, иннервируемых симпатическими нервами (80% от общего количества). Норадреналин лишь в незначительных количествах достигает периферических тканей. Катехоламины действуют на клетки-мишени через рецепторы, локализованные в плазматической мембране. Выделяют 2 главных класса таких рецепторов: α-адренергические и β-адренергические. Все рецепторы катехоламинов – гликопротеины. Адреналин взаимодействует как с α-, так и с β-рецепторами; норадреналин в физиологических концентрациях главным образом взаимодействует с α-рецепторами. Взаимодействие гормона с β-рецепторами активирует аденилатциклазу, тогда как связывание с α2-рецептором её ингибирует. При взаимодействии гормона с α1-рецептором происходит активация фосфолипазы С и стимулируется инозитолфосфатный путь передачи сигнала. Общее во всех этих эффектах заключается в стимуляции процессов, необходимых для противостояния организма чрезвычайным ситуациям. Основная патология мозгового вещества надпочечников - феохромоцитома, опухоль, образованная хромаффинными клетками и продуцирующая катехоламины. Клинически феохромоцитома проявляется повторяющимися приступами головной боли, сердцебиения, потливости, повышением АД и сопровождается характерными изменениями метаболизма.

49.Гормоны коры надпочесников.

Биологически активные кортикостероиды объединяют в 3 основные класса в зависимости от их преобладающего действия.Кортикостероиды подразделяют на глюкокортикоиды и минералокортикоиды. Кроме кортикостероидов, надпочечники производят также прогестины — прогестерон и гидроксипрогестерон, различные андрогены, в основном слабые, и небольшое количество эстрогенов. Глюкокортикоиды играют важную роль в адаптации к стрессу. Они оказывают разнообразные эффекты, но наиболее важный - стимуляция глюконеогенеза. Основной глюкокортикоид человека - кортизол. Минералокортикоиды необходимы для поддержания уровня Na+ и К+. Самый активный гормон этого класса - альдостерон. В коре надпочечников образуются предшественники андрогенов, из которых наиболее активный - дегидроэпиандростерон (ДЭА) и слабый - андростендион. Самый мощный андроген надпочечников тестостерон синтезируется в надпочечниках в небольшом количестве. Эти стероиды превращаются в более активные андрогены вне надпочечников. Тестостерон в незначительных количествах может превращаться в надпочечниках в эстрадиол. Общим предшественником кортикостероидов служит холестерол. Дальнейшее превращение прегненолона происходит под действием различных гидроксилаз с участием молекулярного кислорода и NADPH, а также дегидрогеназ, изомераз и лиаз. Эти ферменты имеют различную внутри- и межклеточную лбкализацию. В коре надпочечников различают 3 типа клеток, образующих 3 слоя, или зоны: клубочковую, пучковую и сетчатую. Каким именно стероидом окажется конечный продукт, зависит от набора ферментов в клетке и последовательности реакций гидроксилирования. Например, ферменты, необходимые для синтеза альдостерона, присутствуют только в клетках клубочковой зоны, а ферменты синтеза глюкокортикоидов и андрогенов локализованы в пучковой и сетчатой зонах. Синтез кортизола начинается с превращения прегненолона в прогестерон. Эта реакция протекает в цитозоле клеток пучковой зоны коры надпочечников, куда прегненолон транспортируется из митохондрий. Реакцию катализирует 3-β- гидроксистероиддегидрогеназа. В мембранах ЭР при участии 17-α- гидроксилазы происходит гидроксилирование прогестерона по С17 с образованием 17-гидроксипрогестерона. Этот же фермент катализирует превращение прегненолона в 17-гидроксипрегненолон, от которого далее при участии 17,20лиазы может отщепляться двухуглеродная боковая цепь с образованием С19-стероида - дегидроэпиандростерона. 17 - гидроксипрогестерон служит предшественником кортизола, а дегидроэпиандростерон - предшественником андрогенов. Скорость синтеза и секреции кортизола стимулируются в ответ на стресс, травму, инфекцию, понижение концентрации глюкозы в крови. Синтез минералокортикоидов в клетках клубочковой зоны коры надпочечников также начинается с превращения холестерола в прегненолон, а затем в прогестерон. Прогестерон гидроксилируется вначале по С21 с образованием 11-дезоксикортикостерона. Следующее гидроксилирование происходит по С11, что приводит к образованию кортикостерона, обладающего слабовыраженной глюкокортикоидной и минералокортикоидной активностью.В клетках клубочковой зоны есть митохондриальная 18-гидроксилаза, при участии которой кортикостерон гидроксилируется, а затем дегидрируется с образованием альдегидной группы у С18. Главным стимулом для синтеза альдостерона служит ангиотензин II. Кортизол в плазме крови находится в комплексе с α-глобулином транскортином и в небольшом количестве в свободной форме. Синтез транскортина протекает в печени и стимулируется эстрогенами. Альдостерон не имеет специфического транспортного белка, но образует слабые связи с альбумином. Кортизол стимулирует образование глюкозы в печени, усиливая глюконеогенез и одновременно увеличивая скорость освобождения аминокислот - субстратов глюконеогенеза из периферических тканей. В печени кортизол индуцирует синтез ферментов катаболизма аминокислот (аланинаминотрансферазы, триптофанпирролазы и тирозинаминотрансферазы и ключевого фермента глюконеогенеза - фосфоенолпируваткарбоксикиназы). Глюкокортикоиды участвуют в физиологическом ответе на стресс, связанный с травмой, инфекцией или хирургическим вмешательством. Минералокортикоиды стимулируют реабсорбцию Na+ в дистальных извитых канальцах и собирательных трубочках почек. Кроме того, они способствуют секреции К+, NH4+ в почках, а также в других эпителиальных тканях: потовых железах, слизистой оболочке кишечника и слюнных железах. Острая надпочечниковая недостаточность представляет большую угрозу для жизни, так как сопровождается декомпенсацией всех видов обмена и процессов адаптации.

50.Гормоны передней доли гипофиза.

Гипофиз секретирует большое количество гормонов, участвующих в регуляции различных биохимических процессов и физиологически х функций. В передней доле гипофиза (аденогипофизе) синтезируются так называемые тропные гормоны, стимулирующие синтез и секрецию гормонов других эндокринных желёз или оказывающие влияние на метаболические реакции в других тканях-мишенях. Синтез и секреция гормонов передней доли гипофиза регулируются гормонами гипоталамуса, которые поступают в гипофиз через портальную систему кровеносных сосудов, связывающих гипоталамус и переднюю долю гипофиза. Кроме того, секреция гормонов гипоталамуса и гипофиза регулируется по механизму обратной связи гормонами, продукцию которых они стимулируют в органах-мишенях. В передней доле гипофиза синтезируются гормоны, которые по химическому строению являются пептидами и гликопротеинами. Вырабатываются эффекторные гормоны(гормон роста=соматотропин,пролактин,меланоцитстимулирующий гормон) и тропные гормоны(фолликулостимулирующий гормон,лютеинизирующий гормон,тиреотропный гормон,адренокортикотропный гормон). Гормон роста у всех видов млекопитающих представляет собой одноцепочечный пептид, состоящий из 191 аминокислотного остатка и имеющий 2 внутримолекулярные дисульфидные связи, образованые между остатками цистеина. Регуляция синтеза и секреции гормона роста осуществляется множеством факторов. Основной стимулирующий эффект оказывает соматолиберин, основной тормозящий - гипоталамический соматостатин. Рецепторы гормона роста находятся в плазматической мембране клеток печени, жировой ткани, яичках, жёлтом теле, скелетных мышцах, хрящевой ткани, мозге, лёгких, поджелудочной железе, кишечнике, сердце, почках, лимфоцитах. Активация рецептора гормона роста сопровождается повышением активности тирозинкиназ и фосфолипазы С с последующим повышением уровня ДАГ и ИФ3 и активацией протеинкиназы С. Основное действие гормона роста направлено на регуляцию обмена белков и процессов, связанных с ростом и развитием организма. Под влиянием гормона роста усиливаются транспорт аминокислот в клетки мышц, синтез белка в костях, хрящах, мышцах, печени и других внутренних органах. Пролактин близок по химическому строению гормону роста. Он состоит из 199 аминокислотных остатков, образующих одну полипептидную цепь с тремя дисульфидными связями. Рецепторы пролактина присутствуют в клетках многих тканей: в печени, почках, надпочечниках, яичках, яичниках, матке и др. тканях. Основная физиологическая функция пролактина - стимуляция лактации. Пролактин индуцирует синтез α- лактальбумина и казеина, активирует синтез фосфолипидов и ТАГ. Синтез и секрецию пролактина стимулируют тиреолиберин, серотонин, окситоцин, ацетилхолин, ингибирующий эффект оказывает дофамин.Тиреотропин, ЛГ и ФСГ - гликопротеины. Основная биологическая функция тиреотропина - стимуляция синтеза и секреции йодтиронинов (Т3 и Т4) в щитовидной железе. Трансдукция сигнала тиреотропина в клетки щитовидной железы происходит через рецепторы плазматической мембраны и активацию аденилатциклазы. Кортикотропин (АКТГ) - пептидный гормон. При стрессе (травма, ожог, хирургическое вмешательство, интоксикация химическими веществами, кровотечение, боль, психическая травма) концентрация АКТГ в крови возрастает во много раз. Механизм действия АКТГ включает взаимодействие с рецептором плазматической мембраны клеток, активацию аденилатциклазы и фосфорилирование белков, участвующих в синтезе кортикостероидов. Эти эффекты усиливаются в присутствии ионов Са2+. В клетках коры надпочечников АКТГ стимулирует гидролиз эфиров холестерола, увеличивает поступление в клетки холестерола в составе ЛПНП; стимулирует превращение холестерола в прегненолон; индуцирует синтез митохондриальных и микросомальных ферментов, участвующих в синтезе кортикостероидов.

51.Гормоны задней доли гипофиза.

Задняя доля гипофиза, или нейрогипофиз, содержит 2 активных гормона - вазопрессин, или антидиуретический гормон (АДГ), и окситоцин, кот-е поступают из гипоталамуса и хранятся здесь.Оба гормона содержат остатки цистеина,связанные дисульфидными связями. Оба гормона образуются в гипоталамусе в нейронах разных гипоталамических ядер в форме прогормонов, из которых в результате посттрансляционной модификации образуются гормон и транспортный пептид нейрофизин. Основные биологические эффекты вазопрессина проявляются через взаимодействие с 2 типами рецепторов. V1-рецепторы расположены в клетках гладкой мускулатуры сосудов в комплексе с фосфолипазой С. Результат трансдукции сигнала в эти клетки - сокращение сосудов. V2- рецепторы расположены в клетках почечных канальцев. Взаимодействие вазопрессина с V2-рецепторами активирует аденилатциклазную систему, увеличивая в клетках концентрацию цАМФ и активность протеинкиназы А, обеспечивающее реабсорбцию воды. Окситоцин стимулирует сокращение гладкой мускулатуры матки, а также играет важную роль в стимуляции лактации.

52.Механизм действия гормонов. Мембранный и

внутриклеточный типы гормональной регуляции.

Гормоны – это продукты внутренней секреции, которые вырабатываются специальными железами или отдельными клетками, выделяются в кровь и разносятся по всему организму в норме вызывая определенный биологический эффект. Сами гормоны непосредственно не влияют на какие-либо реакции клетки. Только связавшись с определенным, свойственным только ему рецептором вызывается определенная реакция. Первый этап передачи гормонального сигнала - это обратимое взаимодействие гормонов с белками-рецепторами, которые могут находиться в мембране, цитоплазме или ядре клеток-мишеней. Рецепторы пептидных гормонов и адреналина располагаются на поверхности клеточной мембраны. Рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов находятся внутри клетки. Связывание гормона (первичного посредника) с рецептором приводит к изменению конформации рецептора. Это изменение улавливается другими макромолекулами, т.е. связывание гормона с рецептором приводит к сопряжению одних молекул с другими (трансдукция сигнала). Таким образом, генерируется сигнал, который регулирует клеточный ответ путём изменения активности или количества ферментов и других белков. В настоящее время различают следующие варианты действия гормонов:

-гормональное, или гемокринное, т.е. действие на значительном удалении от места образования; -изокринное, или местное, когда химическое вещество,

синтезированное в одной клетке, оказывает действие на клетку, расположенную в тесном контакте с первой, и высвобождение этого вещества осуществляется в межтканевую жидкость и кровь; -нейрокринное, или нейроэндокринное (синаптическое и несинаптическое), действие, когда гормон, высвобождаясь из нервных окончаний, выполняет функцию нейротрансмиттера или нейромодулятора, т.е. вещества, изменяющего (обычно усиливающего) действие нейротрансмиттера; -паракринное - разновидность изокринного действия, но при этом

гормон, образующийся в одной клетке, поступает в межклеточную жидкость и влияет на ряд клеток, расположенных в непосредственной близости; -аутокринное действие, когда высвобождающийся из клетки гормон

оказывает влияние на ту же клетку, изменяя ее функциональную активность; Передача гормональных сигналов через мембранные рецепторы:

гормоны (первичные посредники), связываясь с рецепторами на поверхности клеточной мембраны, образуют комплекс гормонрецептор, который трансформирует сигнал первичного посредника в изменение концентрации особых молекул внутри клетки - вторичных посредников. Вторичными посредниками могут быть следующие молекулы: цАМФ, цГМФ, ИФ3, Са2+, NO. Гормоны, взаимодействие которых с рецептором клетки-мишени приводит к образованию цАМФ, действуют через трёхкомпонентную систему, которая включает белок-рецептор, G-белок и фермент аденилатциклазу. Образующийся под действием аденилатциклазы цАМФ активирует протеинкиназу А, фосфорилируюшую ферменты и другие белки. Другая система, генерирующая цГМФ как вторичный посредник, сопряжена с гуанилатциклазой. Молекулы цГМФ могут активировать ионные каналы либо активировать цГМФ-зависимую протеинкиназу G, участвующую в фосфорилировании других белков в клетке. Сигнальной молекулой в клетке может служить также оксид азота NO, образующийся в организме из аргинина при участии фермента NO-синтазы, присутствующего в нервной ткани, эндотелии сосудов, тромбоцитах и других тканях. Молекула NO может быстро диффундировать через мембрану эндотелиальных клеток, где она синтезируется, в соседние клетки.

Передача сигналов через внутриклеточные рецепторы:стероидные и тиреоидные гормоны связываются с рецепторами внутри клетки и регулируют скорость транскрипции специфических генов. В отсутствие гормона внутриклеточные рецепторы связаны обычно с другими белками в цитозоле или ядре. Например, рецепторы глюкокортикоидов образуют в цитозоле комплекс с шапероном, что препятствует связыванию рецептора с молекулой ДНК.Взаимодействие гормона с центром связывания на С-концевом участке полипептидной цепи рецептора вызывает конформационные изменения и освобождение рецептора от шаперона.

53.Аденилатциклазная система передачи

сигналов,роль G-белков в трансдукции сигнала.

Гормоны (первичные посредники), связываясь с рецепторами на поверхности клеточной мембраны, образуют комплекс гормонрецептор, который трансформирует сигнал первичного посредника в изменение концентрации особых молекул внутри клетки - вторичных посредников. Вторичными посредниками могут быть следующие молекулы: цАМФ, цГМФ, ИФ3, ДАТ, Са2+, NO. Гормоны, взаимодействие которых с рецептором клетки-мишени приводит к образованию цАМФ, действуют через трёхкомпонентную систему, которая включает белок-рецептор, G-белок и фермент аденилатциклазу. Образующийся под действием аденилатциклазы цАМФ активирует протеинкиназу А, фосфорилируюшую ферменты и другие белки. Система циклазная - это система, состоящая из содержащихся в клетке аденозинциклофосфата, аденилатциклазы и фосфодиэстеразы, регулирующая проницаемость клеточных мембран, участвует в регуляции многих обменных процессов живой клетки, опосредует действие некоторых гормонов. То есть роль циклазной системы заключается в том, что они являются вторыми посредниками в механизме действия гормонов. фермент аденилатциклаза может находиться в двух формах - активированной и неактивированной. Активация аденилатциклазы происходит под влиянием гормон-рецепторного комплекса, образование которого приводит к связыванию гуанилового нуклеотида (ГТФ) с особым регуляторным стимулирующим белком (GS-белок), после чего GSбелок вызывает присоединение магния к аденилатциклазе и ее активацию. Так действуют активизирующие аденилатциклазу гормоны глюкагон, тиреотропин, паратирин, вазопрессин, гонадотропин и др. Некоторые гормоны, напротив, подавляют аденилатциклазу (соматостатин, ангиотензин-П и др.).Под влиянием аденилатциклазы из АТФ синтезируется цАМФ, вызывающий активацию протеинкиназ в цитоплазме клетки, обеспечивающих фосфорилирование многочисленных внутриклеточных белков. Это изменяет проницаемость мембран, т.е. вызывает типичные для гормона метаболические и, соответственно, функциональные сдвиги. Внутриклеточные эффекты цАМФ проявляются также во влиянии на процессы пролиферации, дифференцировки, на доступность мембранных рецепторных белков молекулам гормонов. G-белки - это регуляторные белки, связывающие при активации ГТФ. Лучше всего изучены G-белки, стимулирующие и ингибирующие аденилатциклазу (Gs - белки и Gi-белки соответственно). α-субъединица определяет специфичность связывания G-белка с рецептором и эффектором, уникальна для каждого G-белка. G-белки локализованы на внутренней поверхности плазматической мембраны. G-белки (ГТФсвязывающие белки) - универсальные посредники при передаче сигналов от рецепторов к ферментам клеточной мембраны, катализирующим образование вторичных посредников гормонального сигнала.

54.Инозитолфосфатная система.

Некоторые гормоны (например, вазопрессин или адреналин), образуя комплекс с соответствующими рецепторами (рецептор V1 для вазопрессина и αi-рецептор для адреналина), через активацию соответствующих G-белков активируют фосфолипазу С, в результате чего в клетке появляются вторичные посредники ИФ3. Молекула ИФ3 стимулирует высвобождение Са2+ из ЭР. Кальций связывается с белком кальмодулином. Этот комплекс активирует Са2+- кальмодулинзависимую протеинкиназу. Ионы кальция и участвуют в активации протеинкиназы С. В работе фосфоинозитидного механизма передачи сигналов в клетке-мишени принимает участие специальный кальций-связывающий белок - кальмодулин. Это низкомолекулярный белок (17 кДа), на 30 % состоящий из отрицательно заряженных аминокислот (Глу, Асп) и поэтому способный активно связывать Са+2. Одна молекула кальмодулина имеет 4 кальций-связывающих участка. После взаимодействия с Са+2 происходят конформационные изменения молекулы кальмодулина и комплекс "Са+2-кальмодулин" становится способным регулировать активность (аллостерически угнетать или активировать) многих ферментов - аденилатциклазу, фосфодиэстеразу, Са+2,Мg+2-АТФазу и различные протеинкиназы. Связывание протеинкиназы С с ионами кальция позволяет ферменту вступать в кальций-опосредованное взаимодействие с молекулами "кислого" фосфолипида мембраны, фосфатидилсерина (ФС). Диацилглицерол, занимая специфические центры в протеинкиназе С, ещё более увеличивает её сродство к ионам кальция. Комплекс [кальмодулин] - [4СаІ+] не обладает ферментативной активностью, но взаимодействие комплекса с различными белками и ферментами приводит к их активации.

55.Тканевое дыхание и окислительное

фосфорилирование АДФ. Ферменты, коферменты. Химическое строение коферментов. Локализация дыхательных ферментов в клетке.

Распад веществ в тканях сопровождается потреблением кислорода и выделением СО2. При этом выделяется энергия, необходимая для функционирования клеток. Вдыхаемый кислород используется для синтеза метаболической воды с участием водорода окисляемых субстратов в процессе тканевого дыхания. Энергия окисляющихся веществ используется клетками для синтеза АТФ из АДФ. Фосфорилирование АДФ в клетках происходит путем присоединения Н3РО4. Реакция идет с затратой энергии. АТФ - молекула, богатая энергией, поскольку она содержит две макроэргические связи. Некоторые биосинтетические реакции в организме могут протекать при участии других нуклеозидтрифосфатов, аналогов АТФ; к ним относят ГТФ, УТФ и ЦТФ. Все эти нуклеотиды, в свою очередь, образуются при использовании свободной энергии концевой фосфатной группы АТФ. Наконец, за счёт свободной энергии АТФ совершаются различные виды работы, лежащие в основе жизнедеятельности организма, например, такие как мышечное сокращение или активный транспорт веществ. В зависимости от источника энергии, обеспечивающего присоединение фосфатного остатка, выделяют два типа фосфорилирования АДФ: окислительное

исубстратное. Субстратное фосфорилирование АДФ идет за счет энергии макроэргических связей соединений (1,3-бисфосфоглицерата

ифосфоенолпирувата, сукцинил-СоА). Этот процесс может происходить как в матриксе митохондрий, так и в цитоплазме клеток независимо от присутствия кислорода. Окислительное

фосфорилирование АДФ - превращение АДФ в АТФ происходит с использованием энергии переноса электронов от органических веществ к кислороду. Энергию для окислительного фосфорилирования поставляют ОВР. Процесс может происходить только в аэробных условиях с участием ферментов цепи переноса электронов (ЦПЭ) и АТФ-синтазы. Окислительное фосфорилирование АДФ – основной механизм синтеза АТФ в организме. Оно происходит в митохондриях, которые являются основными поставщиками АТФ. Одним из самых крупных белков внутренней мембраны митохондрий является АТФ-синтаза. Межмембранное пространство также играет роль в производстве АТФ, так как может накапливать протоны, создающие заряд на поверхности внутренней мембраны, необходимый для активации АТФ-синтазы. Важнейшими источниками энергии служат реакции дегидрирования. В реакциях дегидрирования электроны и протоны переходят от органических субстратов на коферменты NAD- и FADзависимых дегидрогеназ. Электроны, обладающие высоким энергетическим потенциалом, передаются от восстановленных коферментов NADH и FADH2 к кислороду через цепь переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий. Восстановление молекулы О2 происходит в результате переноса 4 электронов. При каждом присоединении к кислороду 2 электронов, поступающих к нему по цепи переносчиков, из матрикса поглощаются 2 протона, в результате чего образуется молекула Н2О. Субстратами тканевого дых-я являются продукты превращения жиров, белков иуглеводов, поступающих с пищей, из которых в результате соответствующих метаболических процессов образуется небольшое число соединений, вступающих в цикл трикарбоновых кислот — важнейший метаболический цикл у аэробных организмов, в котором вовлекаемые в него вещества претерпевают полное окисление. Промежуточными переносчиками в дыхательной цепи у высших организмов являются коферменты: NAD+ (никотинамидадениндинуклеотид), FAD и FMN (флавинадениндинуклеотид и флавинмононуклеотид), кофермент Q (CoQ)или убихинон, семейство гемсодержащих белков - цитохромов (обозначаемых как цитохромы b, С1, С, А, А3). Процесс начинается с переноса протонов и электронов от окисляемого субстрата на коферменты NAD+ или FAD. Это определяется тем, является ли дегидрогеназа, катализирующая первую стадию, NAD - зависимой или FAD - зависимой. Если процесс начинается с NAD+ , то следующим переносчиком будет FMN. Тип участвующей дегидрогеназы зависит от природы субстрата.Электроны с помощью системы цитохромов достигают кислорода, который затем, присоединяя протоны, превращается в воду. Цитохромы - это гемопротеины - белки, содержащие в качестве прочно связанной простетической группы гемм. Атом железа в геме может менять валентность, присоединяя или отдавая электроны. Цитохромоксидаза включает комплекс цитохромов а и а3 (комплекс IV). Цитохромоксидаза кроме гема содержит ионы меди, которые способны менять валентность и таким способом участвовать в переносе электронов. Цитохромоксидаза переносит электроны с цитохрома С на кислород. В переносе электронов участвуют сначала ионы железа цитохромов а и а3, а затем ион меди цитохрома а3. Митохондриальная мембрана содержит ряд мультиферментных комплексов, включающих множество ферментов. Эти ферменты называют дыхательными ферментами, а последовательность их расположения в мембране – дыхательной цепью. В цитоплазме сосредоточены ферменты, катализирующие процесс гликолиза и пентозофосфатного пути. Ферменты цикла Кребса сосредоточены в основном в матриксе митохондрий. Ферменты дыхательной цепи вплетены в определенной последовательности во внутреннюю мембрану митохондрий. Во внутренней мембране митохондрий локализованы также ферменты, обеспечивающие процесс фосфорилирования (АТФ-синтаза). В ядре имеются и собственные дыхательные ферменты.

56.Структурная организация цепи переноса

электронов(ЦПЭ). Окислительное фосфорилирование АДФ. Коэффициент Р/О.

Система ферментов и белков, обеспечивающая взаимосвязь (сопряжение) процессов окисления и фосфорилирования АДФ, получила название цепи переноса электронов (ЦПЭ) или дыхательной цепи. В основе ЦПЭ лежит работа 3-х важнейших ферментативных комплекса:

1) первый ферментативный комплекс NADН-дегидрогеназа (I) представляет собой белок, имеющий простетическую группу – FMN, коферментом является рибофлавин (витамин В2). NADНдегидрогеназа катализирует перенос 2Н с кофермента NADН на FMN, который переходит в форму FMNН2. Второй протон поглощается из матрикса. С FMNH2 электроны переносятся затем на ряд железо-серных белков (FeS), играющих роль второй простетической группы в молекуле NADH-дегидрогеназы.

Атомы железа в таких белках могут принимать и отдавать электроны поочерёдно, переходя в ферро- (Fe2+) и ферри- (Fe3+) состояния. Затем электроны переносятся на кофермент Q (убихинон).

2) убихинон (кофермент Q10) – жирорастворимое витаминоподобное вещество, широко распространённое в клетках всех организмах. Убихинон способен восстанавливаться и превращаться в убихинол, имеющий 2 ОН-группы. В реакции восстановления убихинон принимает от FMNН2 2е, таким образом в результате работы NADH-

дегидрогеназы кофермент NADH переходит в окисленную форму:

NADH + Н+ + Q → NAD++ QH2.

3) Ферментный комплекс QH2-дегидрогеназа (IIi) представляет сложный белок, включающий цитохромы (b1 и b2) и цитохром с1. В ЦПЭ участвуют 5 типов цитохромов (а, а3, b, с, с1). За исключением цитохрома с, все цитохромы находятся во внутренней мембране митохондрий в виде сложных белковых комплексов. Рабочей частью всех цитохромов является гемм, содержащий ион Fe2+, который может принимать электрон и менять валентность. QН2-дегидрогеназа переносит электроны от убихинола на цитохром с.

4) Цитохромоксидаза (ферментный комплекс IV) состоит из 2 цитохромов а и а3, а также ионы меди, которые могут изменять свою валентность и участвуют в переносе электронов на кислород. Работа комплекса IV цитохромоксидазы также сопровождается переносом Н+ из матрикса в межмембранное пространство (против градиента концентрации).

Таким образом, все ферментативные комплексы ЦПЭ, участвующие в передаче электронов, обеспечивают перекачивание Н+ из матрикса в межмембранное пространство. Окислительное фосфорилирование АДФ - превращение АДФ в АТФ происходит с использованием энергии переноса электронов от органических веществ к кислороду. Энергию для окислительного фосфорилирования поставляют ОВР. Процесс может происходить только в аэробных условиях с участием ферментов цепи переноса электронов (ЦПЭ) и АТФ-синтазы. Окислительное фосфорилирование АДФ – основной механизм синтеза АТФ в организме. Оно происходит в митохондриях, которые являются основными поставщиками АТФ. Одним из самых крупных белков внутренней мембраны митохондрий является АТФ-синтаза. Межмембранное пространство также играет роль в производстве АТФ, так как может накапливать протоны, создающие заряд на поверхности внутренней мембраны, необходимый для активации АТФ-синтазы. Важнейшими источниками энергии служат реакции дегидрирования. В реакциях дегидрирования электроны и протоны переходят от органических субстратов на коферменты NAD- и FADзависимых дегидрогеназ. Электроны, обладающие высоким энергетическим потенциалом, передаются от восстановленных коферментов NADH и FADH2 к кислороду через цепь переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий. Восстановление молекулы О2 происходит в результате переноса 4 электронов. Отношение количества фосфорной кислоты (Р), использованной на фосфорилирование АДФ, к атому кислорода (О), поглощённого в процессе дыхания, называют коэффициентом окислительного фосфорилирования и обозначают Р/О.

57Окислительное декарбоксилирование пирувата.

Образование ацетил-КоА из пирувата (ПВК), образующегося в реакциях катаболизма глюкозы и некоторых аминокислот, протекает в матриксе митохондрий. Превращение пирувата в ацетил-КоА происходит при участии набора ферментов, структурно объединённых в пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК), расположенный на внутренней мембране митохондрии. Пируватдегидрогеназный комплекс содержит 3 фермента: пируватдекарбоксилаза (Е1), дигидролипоилтрансацетилаза (Е2) и дигидролипоилдегидрогеназа (Е3), а также 5 коферментов: тиаминдифосфат (ТДФ), липоевая кислота,. FAD, NAD+ и КоА. Кроме того, в состав комплекса входят регуляторные субъединицы: протеинкиназа и фосфопротеинфосфатаза.

Стадия I. На этой стадии пируват соединяется с ТДФ в составе Е1 и подвергается декарбоксилированию: пируват + Е1-ТДФ → Гидроксиэтил-ТДФ + CO2.

Стадия П. Дигидролипоилтрансацетилаза (Е2) катализирует перенос атома водорода и ацетильной группы от ТДФ на окисленную форму липоиллизиновых групп с образованием ацетилтиоэфира липоевой кислоты.

Стадия III. На стадии III КоА взаимодействует с ацетильным производным Е2, в результате чего образуются ацетил-КоА и полностью восстановленный липоильный остаток, простетическая группа Е2 .

Стадия IV. На стадии IV дигидролипоилдегидрогеназа (Е3) катализирует перенос атомов водорода от восстановленных липоильных групп на FAD - простетическую группу фермента Е3.

Стадия V . На стадии V восстановленный FADH2 передаёт водород на NAD+ с образованием NADH.

Окислительное декарбоксилирование пирувата сопровождается образованием NADH, поставляющим электроны в дыхательную цепь и обеспечивающим синтез 3 молей АТФ на 1 моль пирувата путём окислительного фосфорилирования.

58.Окисление ацетил-КоА в цикле Кребса. Связь

м-ду общими путями катаболизма и цепью переноса электронов и протонов.

Цикл лимонной кислоты (цитратный цикл, цикл Кребса, цикл трикарбоновых кислот, ЦТК) - заключительный этап катаболизма. Это совокупность 8 последовательных реакций, в ходе которых происходят распад ацетил-КоА на 2 молекулы СО2 и образование доноров водорода для ЦПЭ NADН и FADН2. Стадии:

1)Образование цитрата.В 1 реакции под действием цитратсинтазы происходят конденсация ацетильного остатка ацетил-КоА с оксалоацетатом и образование лимонной кислоты (цитрата).

2)Превращение цитрата в изоцитрат.Далее цитрат в две стадии (дегидратация и последующая гидратация по двойной стадии) превращается в изоцитрат. Промежуточным продуктом является цисаконитовая кислота, и поэтому фермент, катализирующий обе стадии, получил название аконитазы.

3) Окислительное декарбоксилирование изоцитрата.В 3-й реакции по действием NAD+-зависимой изоцитратдегидрогеназы происходят окисление и декарбоксилирование изоцитрата с образованием α- кетоглутарата. Это самая медленная реакция цитратного цикла. В реакции образуются NADH и СО2.

4) Окислительное декарбоксилирование α-кетоглутарата.В этой реакции α-кетоглутарат подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием еще одной молекулы СО2 и NADH. Это превращение катализируют ферменты α- кетоглутаратдегидрогеназного комплекса, который по структуре и функциям сходен с пируватдегидрогеназным комплексом (ПДК). Подобно ПДК, он состоит из 3 ферментов: α- кетоглутаратдекарбоксилазы, дигидролипоилтранссукцинилазы и дигидролипоилдегидрогеназы. Кроме того, в этот ферментный комплекс входят 5 коферментов: тиаминдифосфат, кофермент А, липоевая кислота, NAD+ и FAD.Продуктами реакции являются NADH, СО2 и сукцинил-КоА, имеющий макроэргическую связь. На этой стадии завершается распад ацетил-КоА на 2 молекулы СО2.

5) Превращение сукцинил-КоА в сукцинат.Сукцинил-КоА - высокоэнергетическое соединение, превращается в сукцинат (янтарную кислоту) под действием сукцинаттиокиназы. Энергия разрыва макроэргической связи сукцинил-КоА используется для образования ГТФ из ГДФ и неорганического фосфата путем субстратного фосфорилирования. Энергия и фосфатный остаток ГТФ могут использоваться для фосфорилирования АДФ и получения АТФ под действием нуклеозиддифосфаткиназы.

6) Дегидрирование сукцината.Далее сукцинат превращается в фумарат под действием сукцинатдегидрогеназы. Этот фермент является флавопротеином внутренней мембраны митохондрий, его кофермент FAD прочно связан с активным центром фермента. В реакции образуется FADH2, который передает протоны и электроны в ЦПЭ на убихинон.

7) Образование малата из фумарата.Образование малата (яблочной кислоты) происходит при участии фермента фумаратгидратазы (фумаразы) с участием молекулы Н2О.

8) Дегидрирование малата.В заключительной стадии цитратного цикла малат дегидрируется с образованием оксалоацетата. Реакцию катализирует NAD-зависимая малатдегидрогеназа, содержащаяся в матриксе митохондрий. Цикл замыкается и образуется еще одна молекула NADН.

Конечными продуктами общего пути катаболизма являются СО2, NADН и FADH2. Процесс, начинающийся от пирувата, называется общим путем катаболизма и в свою очередь включает: окислительное декарбоксилирование пирувата и цитратный цикл. Именно в общем пути катаболизма образуется основная масса субстратов для реакций дегидрирования. Совместно с дыхательной цепью и окислительным фосфорилированием общий путь катаболизма является основным источником энергии в форме АТФ. Превращение пирувата в ацетилКоА происходит при участии набора ферментов, структурно объединённых в пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК), расположенный на внутренней мембране митохондрии. Пируватдегидрогеназный комплекс содержит 3 фермента: пируватдекарбоксилаза (Е1), дигидролипоилтрансацетилаза (Е2) и дигидролипоилдегидрогеназа (Е3).

59.Механизм образования АТФ. Окислительное

фосфорилирование. Отличие от субстратного фосфорилирования.

Окислительное фосфорилирование АДФ - превращение АДФ в АТФ происходит с использованием энергии переноса электронов от органических веществ к кислороду. Энергию для окислительного фосфорилирования поставляют ОВР. Процесс может происходить только в аэробных условиях с участием ферментов цепи переноса электронов (ЦПЭ) и АТФ-синтазы. Окислительное фосфорилирование АДФ – основной механизм синтеза АТФ в организме. Оно происходит в митохондриях, которые являются основными поставщиками АТФ. Одним из самых крупных белков внутренней мембраны митохондрий является АТФ-синтаза. Межмембранное пространство также играет роль в производстве АТФ, так как может накапливать протоны, создающие заряд на поверхности внутренней мембраны, необходимый для активации АТФ-синтазы. Важнейшими источниками энергии служат реакции дегидрирования. В реакциях дегидрирования электроны и протоны переходят от органических субстратов на коферменты NAD- и FADзависимых дегидрогеназ. Электроны, обладающие высоким энергетическим потенциалом, передаются от восстановленных коферментов NADH и FADH2 к кислороду через цепь переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий. Восстановление молекулы О2 происходит в результате переноса 4 электронов. Фосфорилирование АДФ в клетках происходит путем присоединения Н3РО4. Субстратное фосфорилирование АДФ идет за счет энергии макроэргических связей соединений (1,3- бисфосфоглицерата и фосфоенолпирувата, сукцинил-СоА). Этот процесс может происходить как в матриксе митохондрий, так и в цитоплазме клеток независимо от присутствия кислорода.

трансмембранного переноса глюкозы. Примеры нарушения переваривания углеводов.

Углеводы входят в состав всех клеточных структур. Они делятся на 3 основные группы: моносахариды (альдозы и кетозы), олигосахариды (дисахариды, трисахариды и т.д.) и полисахариды (гомо и гетерополисахариды).Функции углеводов:

-энергетическая функция

-пластическая функция

-защитная функция(глюкуроновая кислота участвует в обезвреживании токсичных и чужеродных соединений, а гепарин

играет важную роль в противосвертывающей системе крови)

Общая формула всех углеводов Cm(H2O)n. Моносахариды - производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от положения в молекуле карбонильной группы моносахариды подразделяют на альдозы и кетозы. В пище человека (фрукты, мёд, соки) содержится в основном глюкоза и фруктоза. Глюкоза является альдогексозой. Она может существовать в линейной и циклической формах. Расположение Н- и ОН-групп относительно пятого углеродного атома определяет принадлежность глюкозы к D- или L-ряду. В организме млекопитающих моносахариды находятся в D-конфигурации, так как к этой форме глюкозы специфичны ферменты, катализирующие её превращения. Фруктоза является кетогексозой (кетогругша находится у второго углеродного атома). Фруктоза так же, как и глюкоза, существует в циклической форме, образуя α- и β-аномеры. Олигосахариды содержат несколько (от двух до десяти) остатков моносахаридов, соединённых гликозидной связью. Дисахариды - наиболее распространённые олигомерные углеводы. В пище содержатся в основном такие дисахариды, как сахароза, лактоза и мальтоза. Сахароза - дисахарид, состоящий из α-D-глюкозы и β-D-фруктозы, соединённых α,β-1,2-гликозидной связью. В сахарозе обе аномерные ОН-группы остатков глюкозы и фруктозы участвуют в образовании гликозидной связи. Лактоза - молочный сахар; важнейший дисахарид молока млекопитающих. В лактозе аномерная ОН-группа первого углеродного атома остатка D-галактозы связана β-гликозидной связью с четвёртым углеродным атомом D-глюкозы (β-1,4-связь). Мальтоза поступает с продуктами, содержащими частично гидролизованный крахмал, например, солод, пиво. Мальтоза также образуется при расщеплении крахмала в кишечнике. Мальтоза состоит из двух остатков D-глюкозы, соединённых α-1,4-гликозидной связью. Полисахариды-в зависимости от строения остатков моносахаридов можно разделить на гомополисахариды (все мономеры идентичны) и гетерополисахариды (мономеры различны). В пище человека в основном содержатся полисахариды растительного происхождения - крахмал, целлюлоза. В меньшем количестве поступает полисахарид животных - гликоген. Крахмал - наиболее важный углеводный компонент пищевого рациона. Это резервный полисахарид растений, содержащийся в наибольшем количестве в зёрнах злаков (пшеница, кукуруза, рис и др.), а также луковицах, стеблях и клубнях растений. Крахмал - разветвлённый полисахарид, состоящий из остатков глюкозы (гомогликан). Он находится в клетках растений в виде гранул, практически нерастворим в воде. Крахмал состоит из амилозы и амилопектина. Целлюлоза (клетчатка) - основной структурный полисахарид растений. Целлюлоза - линейный полисахарид гомогликан, построенный из остатков глюкозы, соединённых между собой β-1,4- гликозидными связями. Пищеварительная система человека не имеет ферментов, гидролизующих β-связи в полисахаридах. Поэтому целлюлоза - неиспользуемый углевод, но этот пищевой компонент необходим для нормального протекания переваривания. Гликоген - полисахарид животных и человека. Так же, как крахмал в растениях, гликоген в клетках животных выполняет резервную функцию, но, так как в пище содержится лишь небольшое количество гликогена, он не имеет пищевого значения.Гликоген представляет собой структурный аналог крахмала, но имеет большую степень ветвления. Переваривание углеводов = это гидролиз гликозидных связей в молекулах ди, олиго и полисахаридов пищи ферментами слюны, поджелудочной железы и клеток кишечника. В слюне присутствует гидролитический фермент α-амилаза (α-1,4-гликозидаза), расщепляющая в крахмале α-1,4-гликозидные связи. В ротовой полости не может происходить полное расщепление крахмала, так как действие фермента на крахмал кратковременно. Кроме того, амилаза слюны не расщепляет α- 1,6-гликозидные связи (связи в местах разветвлений), поэтому крахмал переваривается лишь частично с образованием крупных фрагментов - декстринов и небольшого количества мальтозы. Следует отметить, что амилаза слюны не гидролизует гликозидные связи в дисахаридах. Желудочный сок не содержит ферментов, расщепляющих углеводы. С секретом поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая α-амилаза. Этот фермент гидролизует α-1,4- гликозидные связи в крахмале и декстринах. Ферменты, расщепляющие гликозидные связи в дисахаридах (дисахаридазы), образуют ферментативные комплексы, локализованные на наружной поверхности цитоплазматической мембраны энтероцитов. Моносахариды, образовавшиеся в результате переваривания, всасываются эпителиальными клетками кишечника с помощью специальных механизмов транспорта через мембраны этих клеток. Транспорт моносахаридов в клетки слизистой оболочки кишечника может осуществляться разными способами: путём облегчённой диффузии по градиенту концентрации и активного транспорта по механизму симпорта за счет градиента концентрации ионов Na+. Na+ поступает в клетку по градиенту концентрации, и одновременно глюкоза транспортируется против градиента концентрации (вторично-активный транспорт). Следовательно, чем больше градиент Na+, тем больше поступление глюкозы в энтероциты. Перенос в клетки слизистой оболочки кишечника по механизму вторично-активного транспорта характерен также для галактозы. После всасывания моносахариды (главным образом, глюкоза) покидают клетки слизистой оболочки кишечника через мембрану с помощью облегчённой диффузии в кровеносную систему. В основе патологии переваривания и всасывания углеводов могут быть причины двух типов:дефекты ферментов, участвующих в гидролизе углеводов в кишечнике и 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.

61.Метаболизм глюкозы в клетках.

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. Часть глюкозы в печени депонируется в виде гликогена, а другая часть через общий кровоток доставляется и используется разными тканями и органами. 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. 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. 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. Дефосфорилирование глюкозо-6- фосфатаПревращение 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 +Н2О → Глюкоза + Н3РО4 Образовавшаяся свободная глюкоза способно диффундирует из этих

органов в кровь. 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 СО2 и Н2О, 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.

62.Биосинтез и мобилизация гликогена. Активная

и неактивная формы гликогенфосфорилазы и гликогенсинтетазы ,мех-м их взаимодействия, физиологическое значение резервирования и мобилизации гликогена. Гликогенозы и агликогенозы.

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. 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. Гликоген хранится в цитозоле клетки в форме гранул. Гликоген депонируется главным образом в печени и скелетных мышцах. Распад гликогена печени служит в основном 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. 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).

присоединяя молекулы глюкозы, α-1,4-гликозидными связями. 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. 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. Гликогеноз (гликогеновая болезнь) - группа наследственных дефектов обмена веществ (см.), характеризующаяся избыточным накоплением гликогена в различных органах и тканях с нарушением процессов его распада и синтеза. Гликогенозы - заболевания, обусловленные дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Они проявляются или необычной структурой гликогена, или его избыточным накоплением в печени, сердечной или скелетных мышцах, почках, лёгких и других органах.Агликогеноз- наследственное заболевание, связанное с отсутствием фермента, ответственного за синтез гликогена, — уридин-дифосфат-глюкозо- гликогентрансферазы (гликогенсинтетазы).

63.Аэробное окисление углеводов.

Катаболизм глюкозы - основной поставщик энергии для процессов жизнедеятельности организма. Окисление глюкозы до СО2 и Н2О (аэробный распад) можно выразить суммарным уравнением:

С6Н12О6 + 6 О2 → 6 СО2 + Н2О + 2820 кДж/моль.

Аэробным гликолизом называют процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, протекающий в присутствии кислорода. Все ферменты, катализирующие реакции этого процесса, локализованы в цитозоле клетки. В аэробном гликолизе можно выделить 2 этапа:

1)подготовительный этап, в ходе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется на две молекулы фосфотриоз. Эта серия реакций протекает с использованием 2 молекул АТФ.

2)этап, сопряжённый с синтезом АТФ. В результате этой серии реакций фосфотриозы превращаются в пируват. Энергия, высвобождающаяся на этом этапе, используется для синтеза 10 моль АТФ.

Реакции аэробного гликолиза: на первом этапе из молекулы глюкозы образуются две триозы – глицеральдегид-3-фосфат (ГАФ) и дигидроксиацетонфосфат (ДАФ). Этот этап требует затраты энергии и включает 5 реакций: 1)фосфорилирование глюкозы гексокиназой или глюкокиназой с образованием глюкозо-6-фосфата, которое идет с затратой молекулы АТФ;2)изомеризацию глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат при участии фосфоглюкоизомеразы;3)фосфорилирование фруктозо-6-фосфат фосфофруктокиназой с использованием молекулы АТФ и с

образованием двух триоз - глицеральдегид-3-фосфата (ГАФ) и дигидроксиацетонфосфата (ДАФ);5) изомеризацию ДАФ и ГАФ под действием триозофосфатизомеразы. Первый этап гликолиза требует затраты 2 молекул АТФ и приводит к образованию 2 молекул ГАФ. Второй этап этого метаболического пути обеспечивает синтез АТФ. В него вступают 2 молекулы ГАФ, поэтому стехиометрический коэффициент для всех последующих реакций гликолиза равен 2. на этом этапе аэробного гликолиза происходит:1)окисление ГАФ NAD+- зависимой глицеральдегидфосфатдегидрогеназой при участии Н3РО4,

фосфорилированием АДФ;3)изомеризация 3-фосфоглицерата в 2- фосфоглицерат, катализируемая фосфоглицеромутазой;4) дегидратация 2-фосфоглицерата ферментом енолазой с образованием фосфоенолпирувата, содержащего макроэргическую связь;5) образование пирувата из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы, сопряженное с субстратным фосфорилированием АДФ; В аэробном гликолизе есть 3 необратимые реакции, котолрые

катализируют ферменты гексокиназа (глюкокиназа), фосфофруктокиназа, пируваткиназа.

64.Анаэробное расщепление глюкозы. Гликолиз и

гликогенолиз.

Анаэробный гликолиз позволяет синтезировать АТФ при недостатке кислорода в тканях, например, в мышцах в первые минуты мышечных сокращений, в эритроцитах.В анаэробном гликолизе при снижении поступления кислорода в митохондрии NADH, образующийся в результате дегидрирования ГАФ, не может использоваться в ЦПЭ. Он окисляется в цитоплазме в реакции, которую катализирует лактатдегидрогеназа (ЛДГ). Акцептором водорода в этой реакции является пируват, восстанавливающийся в лактат. Следовательно, последняя реакция анаэробного гликолиза, катализируемая ЛДГ, обеспечивает регенерацию NAD+, который необходим для работы глицеральдегидфосфатдегидрогеназы. АТФ при анаэробном распаде глюкозы образуется только в двух реакциях субстратного фосфорилирования. Образующийся в мышцах и эритроцитах лактат поступает в кровь и транспортируется в печень, где может превращаться в глюкозу или окисляться в пируват, который далее включается в ОПК. Лактат всегда присутствует в крови, но его концентрация может повышаться при снижении поступления кислорода в клетки. Стадии: 1)фосфорилирование глюкозы гексокиназой или глюкокиназой с образованием глюкозо-6- фосфата, которое идет с затратой молекулы АТФ;2)изомеризацию глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат при участии фосфоглюкоизомеразы;3)фосфорилирование фруктозо-6-фосфат фосфофруктокиназой с использованием молекулы АТФ и с

образованием двух триоз - глицеральдегид-3-фосфата (ГАФ) и дигидроксиацетонфосфата (ДАФ);5) изомеризацию ДАФ и ГАФ под действием триозофосфатизомеразы; 6)окисление ГАФ NAD+- зависимой глицеральдегидфосфатдегидрогеназой при участии Н3РО4,

фосфорилированием АДФ;8)изомеризация 3-фосфоглицерата в 2- фосфоглицерат, катализируемая фосфоглицеромутазой;9) дегидратация 2-фосфоглицерата ферментом енолазой с образованием фосфоенолпирувата, содержащего макроэргическую связь;10) образование пирувата из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы, сопряженное с субстратным фосфорилированием АДФ; Первые 10 реакций анаэробного и аэробного гликолиза одинаковы, но в отличие от аэробного гликолиза, в анаэробном гликолизе при снижении поступления кислорода в митохондрии NADH, образующийся в результате дегидрирования ГАФ, не может использоваться в ЦПЭ. Он окисляется в цитоплазме в реакции, которую катализирует лактатдегидрогеназа (ЛДГ). Гликолиз- ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках, сопровождающийся синтезом АТФ. Гликолиз при аэробных условиях ведёт к образованию пировиноградной кислоты (пирувата), гликолиз в анаэробных условиях ведёт к образованию молочной кислоты (лактата). Гликолиз является основным путём катаболизма глюкозы в организме животных. Гликогенолиз-биохимическая реакция, протекающая главным образом в печени и мышцах, во время которой гликоген расщепляется до глюкозы и глюкозо-6- фосфата.Гликогенолиз стимулируется гормонами глюкагоном и адреналином.

65.Глюконеогенез.Взаимосвязь гликолиза и

глюконеогенеза (цикл Кори).

Глюконеогенез — процесс образования в печени молекул глюкозы из молекул других органических соединений — источников энергии, например свободных аминокислот, молочной кислоты, глицерина,т.е. из субстратов неуглеводной природы. Процесс протекает в основном в печени (90 % глюкозы) и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также в слизистой оболочке кишечника (10% глюкозы). Часть реакций глюконеогенеза происходит в митохондриях. Стадии глюконеогенеза повторяют стадии гликолиза в обратном направлении

дифосфатаза);превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу (фермент глюкозо-6-фосфатаза). Первичные субстраты глюконеогенеза - лактат, аминокислоты и глицерол. Включение этих субстратов в глюконеогенез зависит от физиологического состояния организма. Лактат - продукт анаэробного гликолиза. Он образуется при любых состояниях организма в эритроцитах и работающих мышцах. Таким образом, лактат используется в глюконеогенезе постоянно. Глицерол высвобождается при гидролизе жиров в жировой ткани в период голодания или при длительной физической нагрузке.

Аминокислоты образуются в результате распада мышечных белков и включаются в глюконеогенез при длительном голодании или продолжительной мышечной работе.

Стадии гликолиза: 1)фосфорилирование глюкозы гексокиназой или глюкокиназой с образованием глюкозо-6-фосфата, которое идет с затратой молекулы АТФ;2)изомеризацию глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат при участии фосфоглюкоизомеразы;3)фосфорилирование фруктозо-6-фосфат фосфофруктокиназой с использованием молекулы АТФ и с

образованием двух триоз - глицеральдегид-3-фосфата (ГАФ) и дигидроксиацетонфосфата (ДАФ);5) изомеризацию ДАФ и ГАФ под действием триозофосфатизомеразы; 6)окисление ГАФ NAD+- зависимой глицеральдегидфосфатдегидрогеназой при участии Н3РО4,

фосфорилированием АДФ;8)изомеризация 3-фосфоглицерата в 2- фосфоглицерат, катализируемая фосфоглицеромутазой;9) дегидратация 2-фосфоглицерата ферментом енолазой с образованием фосфоенолпирувата, содержащего макроэргическую связь;10) образование пирувата из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы, сопряженное с субстратным фосфорилированием АДФ; Цикл Кори — совокупность биохимических ферментативных процессов транспорта лактата из мышц в печень, и дальнейшего синтеза глюкозы из лактата, катализируемое ферментами глюконеогенеза. С током крови лактат поступает в печень. Печень является основным местом скопления ферментов глюконеогенеза (синтез глюкозы из неуглеводных соеднений), и лактат идет на синтез глюкозы.

66Апотонический распад углеводов.

Биологическое значение пентозофосфатного цикла.

Глюкозо-6-фосфат может включаться в реакции пентозофосфатного пути. В этом процессе образуется рибозо-5-фосфат, необходимый для синтеза нуклеотидов, и восстанавливается кофермент NADP+. NADPН является донором водорода в реакциях восстановления при синтезе жирных кислот, холестерола, стероидных гормонов, инактивации чужеродных веществ и обезвреживании активных форм кислорода. Реакции этого метаболического пути идут в большинстве тканей, но наиболее активно в печени, жировой ткани, эритроцитах. Все реакции этого метаболического пути идут в цитоплазме клеток и их можно разделить на два этапа: окислительный и неокислительный. Окислительный этап включает три реакции, две из которых являются ОВР:

1)превращение глюкозо-6-фосфата в 6-фосфоглюконолактон, катализируется NADP+-зависимой глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой и сопровождается окислением альдегидной группы у первого атома углерода и образованием NADPН;

2)превращение 6-фосфоглюконолактона в 6-фосфоглюконат под действием фермента глюконолактонгидратазы; 3)окислительное декарбоксилирование 6-фосфоглюконата с

образованием пентозы рибулозо-5-фосфата. Реакцию катализирует NADP+-зависимая 6-фосфоглюконат дегидрогеназа. Неокислительный этап пентозофосфатного пути включает серию обратимых реакций, в результате которых рибулозо-5-фосфат превращается в рибозо-5-фосфат. Оба этапа этого метаболического пути образуют циклический процесс, суммарное уравнение которого можно представить так:

6 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADP+ + 2 Н2О →5 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADPH +Н+ + 6 СO2.

67.Энергетический выход окисления одной

молекулы глюкозы при гликолизе, аэробном и прямом окислении. Регуляция углеводного обмена.

Аэробный распад глюкозы можно выразить суммарным уравнением: С6Н12О6 + 6 О2 → 6 СО2 + Н2О + 2820 кДж/моль. Этот процесс включает несколько стадий:

-аэробный гликолиз - процесс окисления глюкозы с образованием двух молекул пирувата; -общий путь катаболизма, включающий превращение пирувата в

ацетил-КоА и его дальнейшее окисление в цитратом цикле; -ЦПЭ на кислород, сопряжённая с реакциями дегидрирования,

происходящими в процессе распада глюкозы. Анаэробным гликолизом называют процесс расщепления глюкозы с образованием в качестве конечного продукта лактата. Этот процесс протекает без использования кислорода и поэтому не зависит от работы митохондриальной дыхательной цепи. АТФ образуется за счёт реакций субстратного фосфорилирования. Суммарное уравнение процесса:

С6Н1206 + 2 Н3Р04 + 2 АДФ = 2 С3Н6О3 + 2 АТФ + 2 Н2O.

Уравнение гликолиза имеет следующий вид:

Глюкоза + 2НАД+ + 2АДФ + 2Фн = 2НАД∙Н + 2ПВК + 2АТФ + 2H2O + 2Н+.

У высших организмов обмен углеводов подвержен сложным механизмам регуляции, в которых участвуют гормоны, метаболиты и коферменты.Печень занимает центральное место в углеводном метаболизме. Одной из важнейших функций клеток печени является накопление избыточной глюкозы в виде гликогена и ее быстрое высвобождение по мере метаболической необходимости (буферная функция). После полной мобилизации запасов гликогена печень может поставлять глюкозу за счет синтеза de novo (глюконеогенез). Кроме того, как и все ткани, она потребляет глюкозу путем гликолиза. Гормон поджелудочной железы инсулин переводит глюкозу в гликоген и тем самым уменьшает количество сахара в крови.Адреналин и глюкагон увеличивают расщепление гликогена в печени, в мышцах, вследствие чего увеличивается содержание сахара в крови.

68.Переваривание и всасывание белков в жкт.

Механизм действия протеолитических ферментов. Гниение белков в кишечнике под влиянием микроорганизмов. Обезвреживание продуктов гниения.

В пищевых продуктах содержание свободных аминокислот очень мало. Подавляющее их количество входит в состав белков, которые гидролизуются в ЖКТ под действием ферментов протеаз. Субстратная специфичность этих ферментов заключается в том, что каждый из них с наибольшей скоростью расщепляет пептидные связи, образованные определёнными аминокислотами. Протеазы, гидролизующие пептидные связи внутри белковой молекулы, относят к группе эндопептидаз. Ферменты, относящиеся к группе экзопептидаз, гидролизуют пептидную связь, образованную концевыми аминокислотами. Под действием всех протеаз ЖКТ белки пищи распадаются на отдельные аминокислоты, которые затем поступают в клетки тканей. В ротовой полости переваривания и всасывания белков не происходит.Желудочный сок - продукт нескольких типов клеток. Обкладочные (париетальные) клетки стенок желудка образуют соляную кислоту, главные клетки секретируют пепсиноген. Добавочные и другие клетки эпителия желудка выделяют муцинсодержащую слизь. Париетальные клетки секретируют в полость желудка также гликопротеин, который называют "внутренним фактором" (фактором Касла). Этот белок связывает "внешний фактор" - витамин В12, предотвращает его разрушение и способствует всасыванию. В тонком кишечнике полипептиды подвергаются дальнейшему расщеплению протеазами, имеющимися в соке поджелудочной железы и на поверхности микроворсинок энтероцитов. Различные панкреатические ферменты атакуют белковую молекулу в разных участках. Ферменты, гидролизирующие белки, подразделяют на эндопептидазы (трипсин, химотрипсин, эластаза) и экзопептидазы (карбопептидазы А и В). Эндопептидазы гидролизуют внутренние связи пептидов, а экзопептидазы отщепляют только концевые группы преимущественно нейтральных и основных аминокислот. В тонком отделе кишечника происходит дальнейший гидролиз пептидов до аминокислот. Туда поступает панкреатический сок,который содержит неактивные предшественники протеаз: трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбоксипептидазу, проэластазу. Слизистой кишечника вырабатывается фермент энтеропептидаза, который активирует трипсиноген до трипсина, а последний уже все остальные ферменты. Протеолитические ферменты содержатся также в клетках слизистой кишечника, поэтому гидролиз небольших пептидов происходит после их всасывания. Конечный результат действия ферментов желудка и кишечника – расщепление почти всей массы пищевых белков до свободных аминокислот. Протеолиз — процесс ферментативного гидролиза белков, катализирующийся протеолитическими ферментами (протеазами). Действие протеолитических ферментов может быть разделено на две различные категории:

-ограниченный протеолиз, в котором протеаза специфически расщепляет одну или несколько пептидных связей в белке-мишени, что обычно приводит к изменению функционального состояния последнего: ферменты, например, при этом становятся активными, а прогормоны превращаются в гормоны; -неограниченный или тотальный протеолиз, при котором белки распадаются до своих аминокислот.

Образование токсичных продуктов из аминокислот под действием микроорганизмов кишечника называют гниением белков в кишечнике. Ферменты бактерий расщепляют аминокислоты и превращают их в амины, фенолы, индол, скатол, сероводород и другие ядовитые для организма соединения. Под действием ферментов бактерий из аминокислоты тирозина могут образовываться фенол и крезол путём разрушения боковых цепей аминокислот микробами. Эти вещества всасываются клетками кишечника, транспортируются кровью по воротной вене в печень, где обезвреживание фенола и крезола может происходить путём конъюгации с остатком серной или с глюкуроновой кислотой в составе УДФ-глюкуроната. Конъюгация глюкуроновых кислот с фенолом и крезолом происходит при участии фермента УДФглюкуронилтрансферазы. Продукты конъюгации хорошо растворимы в воде и выводятся с мочой через почки. В кишечнике из аминокислоты триптофана микроорганизмы образуют индол и скатол. Бактерии разрушают боковую цепь триптофана, оставляя нетронутой кольцевую структуру.Индол образуется в результате отщепления бактериями боковой цепи, в виде серина или аланина. Скатол и индол обезвреживаются в печени в 2 этапа. Сначала в результате микросомального окисления они приобретают гидроксильную группу. Так, индол переходит в индоксил, а затем вступает в реакцию конъюгации с ФАФС, образуя индоксилсерную кислоту, калиевая соль которой получила название животного индикана. Синтез гиппуровой кислоты из бензойной кислоты и глицина протекает у человека и большинства животных преимущественно в печени.

69.Значение белков в питании. Баланс азота,

азотистое равновесие, заменимые и незаменимые аминокислоты.

Белки выполняют функцию основного строительного материала для роста и обновления клеток. Они входят в состав гормонов, ферментов и антител. Важнейшей функцией пищевых белков является обеспечение организма пластическим материалом. Основным источником, восполняющим фонд аминокислот организма, являются белки пищи. Аминокислоты (свободные и в составе белков) содержат почти 95% всего азота, поэтому баланс азота в организме является показателем состояния белкового и аминокислотного обмена. Азотистый баланс определяют как разницу между количеством азота, поступающего с пищей, и количеством выделяемого азота (преимущественно в виде мочевины и аммонийных солей). Азотистый баланс может быть равным нулю (азотистое равновесие)- у здорового человека при сбалансированном питании количество поступающего азота в сутки равно количеству выделяемого.Незмаменимые аминокислотыте аминокислоты, синтез которых сложен и неэкономичен для организма, которые выгоднее получать с пищей. К ним относят фенилаланин, метионин, треонин, триптофан, валин, лизин, лейцин, изолейцин. Две аминоки слоты - аргинин и гистидин - у взрослых образуются в достаточных количествах, однако детям для нормального роста организма необходимо дополнительное поступление этих аминокислот с пищей. Поэтому их называют частично заменимыми. Две другие аминокислоты - тирозин и цистеин - условно заменимые, так как для их синтеза необходимы незаменимые аминокислоты. Тирозин синтезируется из фенилаланина, а для образования цистеина необходим атом серы метионина. Остальные аминокислоты легко синтезируются в клетках и называются заменимыми. К ним относят глицин, аспарагиновую кислоту, аспарагин, глутаминовую кислоту, глутамин, серии, пролин, аланин. Если белок содержит все незаменимые аминокислоты в необходимых пропорциях и легко подвергается действию протеаз, то биологическая ценность такого белка условно принимается за 100, и он считается полноценным. К таким относят белки яиц и молока.

70.Трансаминирование,переаминирование.Амино

трансферазы.Роль пиридоксальфосфата. Определение активности трансаминаз при диагностике.

В клетках аминокислоты используются для синтеза белков и различных биологически активных соединений или вступают в реакции катаболизма. Многие превращения аминокислот начинаются с отщепления α-аминогруппы от аминокислоты. Это происходит с помощью реакций трансаминирования и дезаминирования. Трансаминирование - реакция переноса α-аминогруппы с аминокислоты (донор) на α-кетокислоту (акцептор) с образованием новой кетокислоты и новой аминокислоты. Эта реакция обратима. Реакции трансаминирования протекают с участием ферментов аминотрансфераз, которые локализованы в цитозоле и митохондриях клеток. В реакции участвует кофермент пиридоксальфосфат (ПФ) - производное витамина В6 (пиридоксина). Пиридоксальфосфат является простетической группой аминотрансфераз, так как связан с лизином в активном центре фермента прочной альдиминной связью. Вступать в реакции трансаминирования могут почти все аминокислоты, за исключением лизина, треонина и пролина. Наиболее активно идут реакции с участием аминокислот, содержание которых в тканях значительно выше остальных – глутамата, аланина, аспартата и соответствующих им кетокислот - α-кетоглутарата, пирувата и оксалоацетата, причем основным донором аминогруппы является глутамат, а в качестве основного акцептора аминогруппы выступает α-кетоглутарат (α-КГ). Акцептором аминогруппы любой аминокислоты, подвергающейся трансаминированию, служит α- кетоглутарат. Принимая аминогруппу, он превращается в глутамат, который способен передавать эту группу любой α-кетокислоте с образованием другой аминокислоты. Наиболее важны с медицинской точки зрения ферменты аспартатаминотрансфераза (ACT) и аланинаминотрансфераза (АЛТ). Фермент аспартатаминотрансфераза (ACT) катализирует реакцию трансаминирования между аспартатом и α-кетоглутаратом. Так как реакция трансаминирования обратима, по субстратам обратной реакции этот же фермент называется глутаматоксалоацетатаминотрансферазы (ГОТ). Реакцию трансаминирования между аланином и α-кетоглутаратом катализирует фермент аланинаминотрансфераза (АЛТ), причем по субстратам обратной реакции ему можно дать название глутаматпируватаминотрансферазы (ГПТ). Реакции трансаминирования выполняют важные физиологические функции, так как и их помощью:из α-кетокислот синтезируются аминокислоты, необходимые для существования клеток; происходит перераспределение аминного азота в тканях и органах; начинается катаболизм большинства аминокислот – первая стадия непрямого дезаминирования. Образующиеся α-кетокислоты вступают в общий путь катаболизма и используются в глюконеогенезе. Аминотрансферазы АЛТ и ACT присутствуют во многих тканях, но наиболее активны в клетках печени и миокарда. АЛТ локализована в цитозоле клеток, а АСТ – в цитозоле и митохондриях. Оба фермента практически отсутствуют в крови здорового человека. Высокая активность ферментов в крови человека свидетельствует о воспалительных процессах, что дает возможность использовать определение активности АСТ и АЛТ для дифференциальной диагностики заболеваний печени и сердца. Обычно определяют соотношение ACT/АЛТ в сыворотке крови (коэффициент де Ритиса). В норме этот коэффициент равен 1,33±0,42.При инфаркте миокарда значение коэффициента де Ритиса резко возрастает. При гепатитах активность АЛТ в сыворотке крови увеличивается в 8-10 раз по сравнению с нормой, a ACT - в 2-4 раза. Коэффициент де Ритиса снижается до 0,6. Однако при циррозе печени этот коэффициент увеличивается, что свидетельствует о некрозе клеток, при котором в кровь выходят обе формы ACT.

71.Дезаминирование аминокислот.

Дезаминирование аминокислот - реакция отщепления α-аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуется соответствующая α- кетокислота (безазотистый остаток) и выделяется молекула аммиака. Аммиак токсичен для ЦНС, поэтому в организме человека он превращается в хорошо растворимое соединение - мочевину. В виде мочевины, а также в виде солей аммония аммиак выводится из организма. Безазотистый остаток используется для образования аминокислот в реакциях трансаминирования. При дезаминировании общее количество аминокислот уменьшается, поэтому эти реакции можно рассматривать как путь катаболизма, общий для всех аминокислот. Дезаминированию подвергаются все аминокислоты, кроме лизина. Ускорение реакций дезаминирования аминокислот обычно сопровождает процесс расщепления белков в организме (протеолиз) и происходит при голодании, когда идет распад тканевых белков; сахарном диабете и других заболеваниях, также сопровождается распадом тканевых белков; поступлении с пищей больших количеств белка, так как аминокислоты не имеют какойлибо формы депонирования в организме. Существует несколько типов дезаминирования аминокислот:

окислительное (глутаминовая кислота); непрямое (трансдезаминирование) для всех остальных аминокислот; неокислительное (серин и треонин); внутримолекулярное (гистидин).

Окислительное дезаминирование. Наиболее активно в тканях происходит дезаминирование глутаминовой кислоты. Реакцию катализирует фермент глутаматдегидрогеназа, коферментом глутаматдегидрогеназы является NAD+. Реакция идёт в 2 этапа. Вначале происходит ферментативное дегидрирование глутамата и образование а-иминоглутарата, затем - неферментативное гидролитическое отщепление иминогруппы в виде аммиака, в результате чего образуется а-кетоглутарат. Глутаматдегидрогеназа очень активна в митохондриях клеток практически всех органов, кроме мышц. Этот фермент - олигомер, состоящий из 6 субъединиц. Глутаматдегидрогеназа играет важную роль, так как является регуляторным ферментом аминокислотного обмена. Аллостерические ингибиторы глутаматдегидрогеназы (АТФ, ГТФ, NADH) вызывают диссоциацию фермента и потерю глутаматдегидрогеназной активности. Высокие концентрации АДФ активируют фермент. Таким образом, низкий энергетический уровень в клетках стимулирует разрушение аминокислот и образование α- кетоглутарата, который в свою очередь используется в ЦТК как энергетический субстрат. Глутаматдегидрогеназа может индуцироваться стероидными гормонами (кортизолом). В печени и почках обнаружен фермент оксидаза L-аминокислот, способный дезаминировать некоторые L-аминокислоты. Коферментом в данной реакции выступает FMN. Оксидаза D-аминокислот также обнаружена в почках и печени. Это FAD-зависимый фермент. Непрямое дезаминирование (трансдезаминирование). Аминогруппы аминокислот в результате трансаминирования переносятся на а- кетоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Непрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии 2 ферментов: аминотрансферазы (кофермент пиридоксальфосфат (ПФ) и глутаматдегидрогеназы (кофермент NAD+). Обе стадии непрямого дезаминирования обратимы, что обеспечивает как катаболизм аминокислот, так и возможность образования практически любой аминокислоты из соответствующей а-кетокислоты. Можно выделить 4 стадии процесса:

трансаминирование с а-кетоглутаратом, образование глутамата; трансаминирование глутамата с оксалоацетатом (фермент ACT), образование аспартата; реакция переноса аминогруппы от аспартата на ИМФ

(инозинмонофосфат), образование АМФ и фумарата; гидролитическое дезаминирование АМФ.

Неокислительное дезаминировате. В печени человека присутствуют специфические ферменты, катализирующие реакции дезаминирования аминокислот серина, треонина и гистидина неокислительным путём. Неокислительное дезаминирование серина катализирует сериндегидратаза. Неокислительное дезаминирование треонина катализирует фермент треониндегидратаза. Внутримолекулярное дезаминирование гистидина происходит под действием фермента гистидазы (гистидинаммиаклиазы).

72.Декарбоксилирование аминокислот. Роль и

значение биогенных аминов в организме (ГАМК, гистамин, серотонин)

Большую роль в организме человека играют непептидные азотсодержащие соединения - производные аминокислот. К ним можно отнести гормоны надпочечников (норадреналин, адреналин), щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин), а также медиаторы ЦНС (ацетилхолин, ГАМК), медиатор воспаления (гистамин) и другие соединения. Некоторые аминокислоты и их производные могут подвергаться декарбоксилированию - отщеплению α- карбоксильной группы. В тканях млекопитающих декарбоксилированию может подвергаться целый ряд аминокислот или их производных: Три, Тир, Вал, Гис, Глу, Цис, Apr, Орнитин, SAM(S-аденозилметионин), ДОФАдигидроксифенилаланин), 5- окситриптофан. Продуктами реакции являются СО2 и амины, которые оказывают выраженное биологическое действие на организм (биогенные амины). Реакции декарбоксилирования необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами, коферментом которых является пиридоксальфосфат. Реакции декарбоксилирования необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами, коферментом которых является пиридоксальфосфат. Декарбоксилазы аминокислот состоят из белковой части, обеспечивающей специфичность действия, и простетической группы, представленной пиридоксальфосфатом (ПФ). Серотонин-один из основных нейромедиаторов. По химическому строению серотонин относится к биогенным аминам. Образуется в надпочечниках и ЦНС из аминокислоты 5-гидрокситриптофана в результате действия декарбоксилазы ароматических аминокислот. Этот фермент обладает широкой специфичностью и способен также декарбоксилировать триптофан и ДОФА. Серотонин может превращаться в гормон мелатонин, регулирующий суточные и сезонные изменения метаболизма организма и участвующий в регуляции репродуктивной функции. Серотонин - биологически активное вещество широкого спектра действия. Он стимулирует сокращение гладкой мускулатуры, оказывает сосудосуживающий эффект, регулирует АД, температуру тела, дыхание, обладает антидепрессантным действием. Принимает участие в аллергических реакциях, поскольку в небольших количествах синтезируется в тучных клетках. Ацетилхолин синтезируется в нервной ткани и служит одним из важнейших возбуждающих нейромедиаторов вегетативной нервной системы. Его предшественник - аминокислота серин. В нервных клетках декарбоксилирование глутамата (отщепление α-карбоксильной группы) приводит к образованию γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), которая служит основным тормозным медиатором высших отделов мозга. Цикл превращений ГАМК в мозге включает три сопряжённые реакции, получившие название ГАМК-шунта. Первую катализирует глутаматдекарбоксилаза, которая является пиридоксальзависимым ферментом. Эта реакция является регуляторной и обусловливает скорость образования ГАМК в клетках мозга. Продукт реакции - ГАМК. Последующие 2 реакции можно считать реакциями катаболизма ГАМК. ГАМК-аминотрансфераза, также пиридоксальзависимая, образует янтарный полуальдегид, который затем подвергается дегидрированию и превращается в янтарную кислоту. Сукцинат используется в цитратном цикле. Она увеличивает проницаемость постсинаптических мембран для ионов К+, что вызывает торможение нервного импульса; повышает дыхательную активность нервной ткани; улучшает кровоснабжение головного мозга. Гистамин образуется путем декарбоксилирования гистидина в тучных клетках соединительной ткани. Гистамин образует комплекс с белками и сохраняется в секреторных гранулах тучных клеток. Секретируется в кровь при повреждении ткани (удар, ожог, воздействие эндо- и экзогенных веществ), развитии иммунных и аллергических реакций.

73Основные источники аммиака в организме.

Пути его обезвреживания.

В результате дезаминирования(отщепления ф-аминогруппы) аминокислот освобождается большое количество аммиака. Часть аммиака образуется в кишечнике в результате действия бактерий на пищевые белки и поступает в кровь воротной вены. В крови и цитозоле клеток при физиологических значениях рН аммиак переходит в ион аммония - NH4+ . Аммиак - токсичное соединение. Аммиак легко проникает через мембраны в клетки и в митохондриях сдвигает реакцию, катализируемую глутаматдегидрогеназой, в сторону образования глугамата: а-Кетоглутарат + NADH + Н+ + NH3 → Глутамат + NAD+. Уменьшение концентрации а-кетоглутарата вызывает:

-угнетение обмена аминокислот (реакции трансаминирования) и, следовательно, синтеза из них нейромедиаторов;

-повышение концентрации аммиака в крови сдвигает рН в щелочную сторону (вызывает алкалоз). Это, в свою очередь, увеличивает сродство гемоглобина к кислороду, что приводит к гипоксии тканей и

накоплению СО2 - высокие концентрации аммиака стимулируют синтез глутамина из

глутамата в нервной ткани. Накопление глутамина в клетках нервной ткани приводит к повышению осмотического давления в ней и может вызвать отёк мозга; - избыток иона аммония в крови способен нарушать

трансмембранный перенос одновалентных катионов Na+ и К+ . Связывание (обезвреживание) аммиака. Универсальным механизмом обезвреживания аммиака, протекающей во всех тканях организма, является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы. Глутаминсинтетаза обладает высоким сродством к аммиаку. Фермент локализован в митохондриях, для его работы необходим кофактор - ионы Mg2+. Глутамин легко переносится через клеточные мембраны путём облегчённой диффузии и поступает из тканей в кровь. Основными поставщиками глутамина являются мышцы, мозг и печень. С током крови глутамин транспортируется в кишечник и почки. В клетках кишечника под действием фермента глутаминазы происходит гидролитическое освобождение амидного азота в виде аммиака. Образовавшийся аммиак частично удаляется через кишечник, небольшая его часть через воротную вену попадает в печень, остальная часть поступает в почки и выводится в виде солей аммония. В почках происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака. Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме и сохранения важнейших катионов для поддержания осмотического давления. Образующийся аммиак нейтрализует кислые продукты обмена и в виде аммонийных солей экскретируется с мочой. Глутамин - основной донор азота в организме. Амидный азот глутамина используется для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, аспарагина, аминосахаров и других соединений. Ещё одной реакцией обезвреживания аммиака в тканях можно считать синтез аспарагина под действием аспарагинсинтетазы. Из мышц и кишечника избыток аммиака выводится преимущественно в виде аланина. Этот механизм необходим, так как активность глутаматдегидрогеназы в мышцах невелика и непрямое дезаминирование аминокислот малоэффективно. Поэтому в мышцах существует ещё один путь выведения азота. Аминогруппы разных аминокислот посредством реакций трансаминирования переносятся на пируват, основным источником которого служит процесс окисления глюкозы.

74.Орнитиновый цикл синтеза мочевины. Связь

орнитинового цикла с циклом Кребса. Гипераммониемии.

Азот удаляется из организма почками в виде растворимых соединений: мочевина, аммонийных солей, креатинина и солей мочевой кислоты – уратов. При этом основным конечным продуктом азотистого обмена является мочевина. Мочевина секретируется только в печени.Синтез мочевины представляет собой циклический процесс, состоящий из нескольких стадий, ключевым соединением которого, замыкающим цикл, является орнитин. Поэтому процесс синтеза мочевины получил название "орнитиновый цикл", или "цикл Кребса-Гензелейта". Мочевина (карбамид) - амид угольной кислоты - содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, который в печени связывается с диоксидом углерода с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы I. Далее под действием орнитинкарбамоилтрансферазы карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на а-аминокислоту орнитин, и образуется другая а-аминокислота - цитруллин. В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат (аргининоянтарную кислоту). Этот фермент нуждается в ионах Mg2+. Аспартат - источник второго атома азота мочевины. Далее фермент аргининосукцинатлиаза (аргининосукциназа) расщепляет аргининосукцинат на аргинин и фумарат, при этом аминогруппа аспартата оказывается в молекуле аргинина. Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, при этом образуются орнитин и мочевина. Кофакторами аргиназы являются ионы Са2+ или Мn2+. Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается. Первые две реакции процесса происходят в митохондриях гепатоцитов. Затем цитруллин, являющийся продуктом этих реакций, транспортируется в цитозоль, где и осуществляются дальнейшие превращения. Фумарат, образующийся в результате расщепления аргининосукцината, превращается в малат, который затем переносится в митохондрии, включается в ЦТК и дегидрируется с образованием оксалоацетата. Эта реакция сопровождается выделением 3 молекул АТФ, которые и компенсируют затраты энергии на синтез одной молекулы мочевины. Недостаточность ферментов цикла мочевины приводит к гипераммониемии и отравлению аммиаком. К этим ферментам отнесены: карбамоилфосфат синтетаза, орнитин карбамоил трансфераза, аргининосукцинат синтетаза, аргининосукцинат лиаза, аргиназа. Все нарушения орнитинового цикла приводят к значительному повышению в крови концентрации аммиака, глутамина и аланина.

75.Заменимые и незаменимые аминокислоты.

Биосинтез заменимых аминокислот из глюкозы.

Те аминокислоты, синтез которых сложен и неэкономичен для организма,которые выгоднее получать с пищей. Такие аминокислоты называют незаменимыми. К ним относят фенилаланин, метионин, треонин, триптофан, валин, лизин, лейцин, изолейцин. Две аминокислоты - аргинин и гистидин - у взрослых образуются в достаточных количествах, однако детям для нормального роста организма необходимо дополнительное поступление этих аминокислот с пищей. Поэтому их называют частично заменимыми. Две другие аминокислоты - тирозин и цистеин - условно заменимые, так как для их синтеза необходимы незаменимые аминокислоты. Тирозин синтезируется из фенилаланина, а для образования цистеина необходим атом серы метионина. Остальные аминокислоты легко синтезируются в клетках и называются заменимыми. К ним относят глицин, аспарагиновую кислоту, аспарагин, глутаминовую кислоту, глутамин, серии, пролин, аланин. БИОСИНТЕЗ ЗАМЕНИМЫХ АМИНОКИСЛОТ. В организме человека возможен синтез восьми заменимых аминокислот: Ала, Асп, Асн(аспарагин), Сер, Гли, Глу, Глн(глутамин), Про. Углеродный скелет этих аминокислот образуется из глюкозы. а-Аминогруппа вводится в соответствующие а-кетокислоты в результате реакций трансаминирования. Универсальным донором а-аминогруппы служит глутамат. Путём трансаминирования а-кетокислот, образующихся из глюкозы, синтезируются аминокислоты ала,асп и глу. Глутамат также образуется при восстановительном аминировании а-кетоглутарата глутаматдегидрогеназой. Эти реакции обратимы и играют большую роль как в процессе синтеза аминокислот, так и при их катаболизме.Амиды глутамин и аспарагин синтезируются из соответствующих дикарбоновых аминокислот Глу и Асп. Серин образуется из 3-фосфоглицерата - промежуточного продукта гликолиза, который окисляется до 3-фосфопирувата(дегидрогеназа) и затем трансаминируется с образованием серина(фосфатаза). Существует 2 пути синтеза глицина:

1)из серина с участием производного фолиевой кислоты в результате действия сериноксиметилтрансферазы; 2) в результате действия фермента глицинсинтазы в реакции(из СО2 и NН3). Пролин синтезируется из глутамата в цепи обратимых реакций. Эти же реакции используются и при катаболизме пролина. Частично заменимые аминокислоты Aрг и Гис синтезируются в небольших количествах, которые не отвечают потребностям организма. Гистидин синтезируется из АТФ и рибозы. Синтез аргинина происходит в реакциях орнитинового цикла.

76.Обмен серина и глицина. Роль фолиевой

кислоты в обмене аминокислот. Участие глицина в синтезе креатина и глутатиона.

Обмен серина и глицина.Серин - заменимая аминокислота, синтезируется из промежуточного продукта гликолиза - 3- фосфоглицерата, а аминогруппу получает от глутаминовой кислоты. Глицин - также заменимая аминокислота, основным источником которой служит серии. Реакцию синтеза глицина из серина катализирует фермент сериноксиметилтрансфераза. Реакция превращения серина в глицин легко обратима. Основной путь катаболизма глицина у человека и других позвоночных также связан с использованием Н4-фолата. Эта реакция обратима и катализируется глицинсинтазой - ферментным комплексом, похожим на пируватдегидрогеназный комплекс, и локализованным в митохондриях клеток печени. Серин принимает участие в синтезе нейромедиатора ацетилхолина, фосфолипидов, аминокислот (глицин, цистеин). Глицин является нейромедиатором, а также предшественником гемма, пуриновых оснований, глутатиона. Роль фолиевой кислоты в обмене аминокислот. В превращениях серина и глицина используются коферменты - производные фолиевой кислоты. Фолиевая кислота является незаменимым пищевым веществом для человека и большинства млекопитающих. В печени фолиевая кислота превращается в Н4-фолат в две стадии с участием ферментов фолатредуктазы и дигидрофолатредуктазы, коферментом которых служит NADPH.Н4-фолат играет роль промежуточного переносчика одноуглеродных групп, так как способен передавать эти группы на другие соединения.Одноуглеродные фрагменты используются для синтеза как пуриновых (АТФ и ГТФ) и пиримидиновых (ТТФ) нуклеотидов которые необходимы для деления клеток и роста тканей. Дефицит фолиевой кислоты приводит к нарушению обмена одноуглеродных фрагментов и развитию мегалобластной (макроцитарная) анемии. Она характеризуется уменьшением количества эритроцитов, снижением содержания в них гемоглобина и увеличением размера эритроцитов. Глутатион содержит необычную пептидную связь между амино-группой цистеина и карбокси-группой боковой цепи глутамата. Важность глутатиона в клетке определяется его антиоксидантными свойствами,защищает клетку от таких токсичных агентов. Глутатион не является незаменимым веществом и может быть синтезирован из аминокислот L-цистеина, L-глутаминовой кислоты и глицина. Креатин — азотсодержащая карбоновая кислота,синтезируемая из 3-х аминокислот: глицина, аргинина и метионина. Эти аминокислоты - компоненты белка. У людей ферменты, вовлеченные в синтез креатина, локализуются в печени, поджелудочной железе и почках. Креатин может быть произведен в любом из этих органов, и затем транспортирован кровью в мышцы.

77.Особенности обмена метионина. Синтез

фосфатидилхолина., карнитина, креатина и креатинфосфата. Образование цистеина из метионина.

Метионин - незаменимая аминокислота. Она необходима для синтеза белков организма, участвует в реакциях дезаминирования, является источником атома серы для синтеза цистеина. Метильная группа метионина - мобильный одноуглеродный фрагмент, используемый для синтеза ряда соединений. Перенос метильной группы метионина на соответствующий акцептор называют реакцией трансметилирования, имеющей важное метаболическое значение для синтеза адреналина, креатина, карнитина, холина. Метильная группа в молекуле метионина прочно связана с атомом серы, поэтому непосредственным донором этого одноуглеродного фрагмента служит активная форма аминокислоты - S-аденозилметионин (SAM). Реакция активации происходит путем присоединения метионина к молекуле аденозина, донором которой является АТФ. Эту реакцию катализирует фермент метионинаденозилтрансфераза, присутствующий во всех типах клеток. Отщепление метильной группы от SAM и перенос ее на соединение акцептор катализируют ферменты метилтрансферазы. SAM в ходе реакции превращается в S- аденозилгомоцистеин (SAГ). Синтез фосфатидилхолина из фосфатидилэтиноламина активно происходит в печени, кишечнике и других тканях. Фосфатидилхолины (лецитины) - наиболее распространённая группа глицерофосфолипидов, участвующих в образовании мембран клеток и липопротеинов, в составе которых осуществляется транспорт липидов. Синтез карнитина. Карнитин - переносчик жирных кислот через мембрану митохондрий, где протекает в-окисление жирных кислот, которое является важным источником энергии для скелетных мышц и миокарда. Синтез карнитина из лизина происходит с участием 3 молекул SAM, необходимого для формирования триметиламиногруппы. Синтез креатина. Креатин необходим для образования в мышцах и головном мозге высокоэнергетического соединения - креатинфосфата. Синтез креатина идёт в 2 стадии с участием 3 аминокислот: аргинина, глицина и метионина. Креатин с кровотоком переносится в мышцы и клетки мозга, где из него образуется высокоэнергетическое соединение - креатинфосфат. Эта реакция легко обратима и катализируется ферментом креатинкиназой. Фермент локализован в цитозоле и митохондриях клеток, обладает органоспецифичностью. Креатинфосфат играет важную роль в обеспечении энергией работающей мышцы в начальный период. В результате неферментативного дефосфорилирования, главным образом в мышцах, креатинфосфат превращается в креатинин, выводимый с мочой. Вторая серосодержащая аминокислота - цистеин. Она условно заменима, так как для её синтеза необходим атом серы, источником которого служит незаменимая аминокислота метионин. Для синтеза цистеина необходимы 2 аминокислоты:

серин - источник углеродного скелета;метионин - первичный источник атома S.

78.Метаболизм фенилаланина и тирозина.

Фенилаланин - незаменимая аминокислота, так как в клетках животных не синтезируется её бензольное кольцо. Тирозин - условно заменимая аминокислота, поскольку образуется из фенилаланина. Содержание этих аминокислот в пищевых белках (в том числе и растительных) достаточно велико. Фенилаланин и тирозин используются для синтеза многих биологически активных соединений. Фенилаланин используется в организме только в 2 процессах: включается в белки и превращается в тирозин.Превращение фенилаланина в тирозин прежде всего необходимо для удаления избытка фенилаланина, так как высокие концентрации его токсичны для клеток. Основной путь метаболизма фенилаланина начинается с его гидроксилирования, в результате чего образуется тирозин. Эта реакция катализируется специфической монооксигеназой - фенилаланингидроксилазой, коферментом которой служит тетрагидробиоптерин (Н4БП). Активность фермента зависит также от наличия Fe2+. Реакция необратима. Н4БП в результате реакции окисляется в дигидробиоптерин (Н2БП). Регенерация последнего происходит при участии дигидроптеридинредуктазы с использованием NADPH + H+. Обмен тирозина значительно сложнее, чем обмен фенилаланина. Кроме использования в синтезе белков, тирозин в разных тканях выступает предшественником таких соединений, как катехоламины, тироксин, меланины. В печени происходит катаболизм тирозина до конечных продуктов:фумарата и ацетоацетата. Фумарат включается в ЦТК, превращается в оксалоацетат и может использоваться в процессе глюконеогенеза. В пигментных клетках (меланоцитах) тирозин выступает предшественником тёмных пигментов - меланинов. Среди них преобладают 2 типа: эумеланины и феомеланины. Эумеланины – пигменты чёрного и коричневого цвета, феомеланины - жёлтые или красновато-коричневые полимеры.Заболевания:

-фенилкетонурия(сопровождается накоплением фенилаланина и его токсических продуктов, что приводит к тяжёлому поражению ЦНС, проявляющемуся, в частности, в виде нарушения умственного развития; связано с резким снижением или полным отсутствием активности печёночного фермента фенилаланин-4-гидроксилазы, который в норме катализирует превращение фенилаланина в тирозин; -тирозинемия(1тип- дефект фермента фумарилацетоацетатгидролазы, катализирующего расщепление фумарилацетоацетата на фумарат и ацетоацетат;2типдефект фермента тирозинаминотрансферазы); -альбинизм(врождённый дефект тирозиназы. Этот фермент катализирует превращение тирозина в ДОФА в меланоцитах); -болезнь Паркенсона(развивается при недостаточности дофамина в чёрной субстанции мозга; снижена активность тирозингидроксилазы, ДОФА-декарбоксилазы).

79.Биосинтез пуриновых нуклеотидов. Синтез

АМФ и ГМФ из ИМФ. «Запасные пути» синтеза. Катаболизм пуриновых нуклеотидов.

Было установлено, что в формировании пуринового кольца принимают участие аминокислоты Асп, Гли, Глн, СО2 и два одноуглеродных производных тетрагидрофолата: метенил-Н4-фолат и формил-Н4-фолат. Центральное место в синтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов занимает 5-фосфорибозил-1-дифосфат (ФРДФ) или фосфорибозилпирофосфат (ФРПФ), который образуется из рибозо-5-фосфата и АТФ в реакции, которая катализируется ФРДФ-синтетазой. Он образуется за счёт переноса β,γ- пирофосфатного остатка АТФ на рибозо-5-фосфат в реакции, катализируемой ФРДФ-синтетазой. Источниками рибозо-5-фосфата могут быть: пентозофосфатный путь превращения глюкозы или катаболизм нуклеозидов, в ходе которого под действием нуклеозидфосфорилазы первоначально образуется рибозо-1-фосфат, а затем с помощью соответствующей мутазы фосфатный остаток переносится в 5-положение. Биосинтез пуриновых нуклеотидов происходит путем сборки пуринового гетероциклического основания на остатке рибозо-5-фосфата при участии простых предшественников: глицина, СО2, амидного азота глутамина, α- аминогруппы аспартата и одноуглеродных производных Н4-фолата. Первая специфическая реакция образования пуриновых нуклеотидов - перенос амидной группы Глн на ФРДФ с образованием 5- фосфорибозил-1 -амина. Эту реакцию катализирует фермент амидофосфорибозилтрансфераза. При этом формируется β-N- гликозидная связь. Затем к аминогруппе 5-фосфорибозил-1-амина присоединяются остаток глицина, N5,N10-метенил-Н4-фолата ещё одна амидная группа глутамина, диоксид углерода, аминогруппа аспартата и формильный остаток N10-формил Н4-фолата. Результатом этой десятистадийной серии реакций является образование первого пуринового нуклеотида - инозин-5'-монофосфата (ИМФ), на синтез которого затрачивается не менее шести молекул АТФ. Все реакции протекают в цитозоле клетки. Остальные пуриновые нуклеотиды – АМФ и ГМФ образуются из ИМФ. Синтез АМФ и ГМФ из ИМФ. АМФ синтезируется при участии аденилосукцинатсинтетазы и аденилосукциназы, ГМФ - при участии ИМФ-дегидрогеназы и ГМФсинтетазы. Аденилосукцинатсинтетаза, используя энергию ГТФ, присоединяет аспартат к ИМФ с образованием аденилосукцината, который в реакции, катализируемой аденилосукциназой, отщепляет фумарат и превращается в АМФ. Второй пуриновый нуклеотид (ГМФ) образуется также в 2 стадии. Сначала ИМФ окисляется NAD+- зависимой ИМФ-дегидрогеназой с образованием ксантозин-5'- монофосфата (КМФ). Последующее трансамидирование гидроксильной группы при С2-пуринового кольца КМФ катализирует ГМФ-синтетаза с использованием амидной группы Глн и энергии АТФ. При образовании пуриновых нуклеотидов ГТФ расходуется на синтез АМФ, а АТФ - на синтез ГМФ, что помогает поддерживать в клетках баланс адениловых и гуаниловых нуклеотидов. Печень - основное место образования пуриновых нуклеотидов, откуда они могут поступать в ткани, не способные к их синтезу: эритроциты и мозг. В периоды активного роста тканей синтез пуриновых нуклеотидов из простых предшественников не способен полностью обеспечить нуклеиновые кислоты субстратами. Заметную роль в этих условиях играют ферменты "запасных" путей синтеза этих молекул. Наибольшее значение в этом процессе имеют ферменты, осуществляющие превращение пуринов в мононуклеотиды с использованием ФРДФ как донора остатка фосфорибозы. ФРДФзависимое фосфорибозилирование пуринов катализируют 2 фермента:

-аденинфосфорибозилтрансфераза, обеспечивающая образование АМФ из аденина и ФРДФ; -гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза, катализирующая

превращение азотистых оснований гипоксантина и гуанина в ИМФ и ГМФ с использованием ФРДФ в качестве донора фосфорибозы; У человека основной продукт катаболизма пуриновых нуклеотидов -

мочевая кислота. Её образование идёт путём гидролитического отщепления фосфатного остатка от нуклеотидов с помощью нуклеотидаз или фосфатаз. От АМФ и аденозина аминогруппа удаляется гидролитически аденозиндезаминазой с образованием ИМФ или инозина. ИМФ и ГМФ превращаются в соответствующие нуклеозиды: инозин и гуанозин под действием 5´-нуклеотидазы. Пуриннуклеозидфосфорилаза катализирует расщепление N- гликозидной связи в инозине и гуанозине с образованием рибозо-1- фосфата и азотистых оснований: гуанина и гипоксантина. Гуанин дезаминируется и превращается в ксантин, а гипоксантин окисляется в ксантин с помощью ксантиноксидазы, которая катализирует и дальнейшее окисление ксантина в мочевую кислоту. Ксантиноксидаза - аэробная оксидоредуктаза, простетическая группа которой включает ион молибдена, железа (Fe3+) и FAD. Аллопуринолпротивоподагрическое средство, ограничивающее синтез мочевой кислоты. Ингибирует фермент ксантиноксидазу и окисление эндогенных пуринов, в результате чего уменьшается концентрация мочевой кислоты и ее солей в плазме крови и моче. Подагра- гетерогенное по происхождению заболевание, которое характеризуется отложением в различных тканях организма кристаллов уратов в форме моноурата натрия или мочевой кислоты. В основе возникновения лежит накопление мочевой кислоты и уменьшение её выделения почками, что приводит к повышению концентрации последней в крови (гиперурикемия).Ксантинурия- выделение с мочой аномально большого количества производной пурина ксантина; обычно развивается в результате врожденного нарушения обмена веществ, вследствие недостаточности ксантин дегидрогеназы

80.Синтез пиримидиновых нуклеотидов.

Образование УМФ.«Запасные пути», катаболизм.

Пиримидиновое кольцо синтезируется из простых предшественников: глутамина, СО2 и аспарагиновой кислоты и затем связывается с рибозо-5-фосфатом, полученным от ФРДФ. Процесс протекает в цитозоле клеток. Синтез ключевого пиримидинового нуклеотида - УМФ идёт с участием 3 ферментов, 2 из которых полифункциональны.Ключевой, регуляторной реакцией в синтезе пиримидиновых нуклеотидов является синтез карбамоилфосфата из глутамина, СО2 и АТФ, в реакции катализируемой карбамоилфосфатсинтетазой II (КФС II), которая протекает в цитозоле клеток. В реакции NH2-гpyппa карбамоилфосфата образуется за счёт амидной группы глутамина, что отличает эту реакцию от реакции синтеза карбамоилфосфата в митохондриях в процессе синтеза мочевины из СО2, NH3 и АТФ с участием КФС I. Карбамоилфосфат, использующийся на образование пиримидиновых нуклеотидов, является продуктом полифункционального фермента, который наряду с активностью КФС II содержит каталитические центры аспартаттранскарбамоилазы и дигидрооротазы. Этот фермент назвали "КАД-фермент".Почти весь синтезированный в первой реакции карбамоилфосфат взаимодействует с аспартатом и образование карбамоиласпартата, от которого отщепляется вода и образуется циклический продукт - дигидрооротат. Отщепляясь от КАД-фермента, дигидрооротат подвергается дегидрированию NADзависимой дигидрооротатдегидрогеназой и превращается в свободное пиримидиновое основание - оротовую кислоту, или оротат. В цитозоле оротат становится субстратом бифункционального фермента - УМФ-синтазы, которая обнаруживает оротатфосфорибозилтрансферазную и ОМФ-декарбоксилазную активности. Первоначально фосфорибозильный остаток от ФРДФ переносится на оротат и образуется нуклеотид - оротидин-5'- монофосфат (ОМФ), декарбоксилирование которого даёт уридин-5- монофосфат (УМФ). Часть ЦМФ может превращаться в УМФ под действием цитидиндезаминазы и пополнять запасы уридиловых нуклеотидов.

Цитидиловые нуклеотиды могут гидролитически терять аминогруппу и превращаться в УМФ. Когда от УМФ при участии нуклеотидазы (или фосфатазы) и уридинфосфорилазы отщепляются неорганический фосфат и рибоза, то остаётся азотистое основание - урацил. Пиримидиновые основания при участии дигидропиримидиндегидрогеназы присоединяют 2 атома водорода по двойной связи кольца с образованием дигидроурацила или дигидротимина. Оба гетероцикла могут взаимодействовать с водой в реакции, катализируемой дигидропиримидинциклогидролазой, и дигидроурацил превращается в β-уреидопропионовую кислоту, а дигидротимин - в β-уреидоизомасляную кислоту. Оба β- уреидопроизводных под действием общего для них фермента уреидопропионазы расщепляются с образованием СО2, NH4+ и β- аланина или β-аминоизомасляной кислоты соответственно. β-Аланин обнаруживают в плазме крови и многих тканях. Он используется в мышцах на образование дипептидов: карнозина и анзерина. Под действием бактериальной микрофлоры кишечника β-аланин включается в пантотеновую кислоту, которая всасывается и используется на образование КоА.

81Структура,классификация, св-ва осн-х липидов.

химическое строение и биологическая роль. Фосфолипиды, сфинголипиды, цереброзиды, гликолипиды.

Функции липидов:

-выполняют функцию теплоизоляционной и механической защиты, располагаясь преимущественно в подкожной жировой ткани (триацилглицеролы);

-участвуют в формировании мембран (фосфолипиды, сфинголипиды, холестерол);

-являются предшественниками коферментов, например жирорастворимый витамин К; Большинство липидов имеют в своём составе жирные кислоты,

связанные сложноэфирной связью с глицеролом, холестеролом или амидной связью с аминоспиртом сфингозином. Жирные кислоты имеют чётное число атомов углерода, что связано с особенностями их биосинтеза, при котором к углеводородному радикалу жирной кислоты последовательно добавляются двухуглеродные фрагменты. Жирные кислоты липидов представляют собой углеводородную неразветвлённую цепь, на одном конце которой находится карбоксильная группа, а на другом - метальная группа (ω-углеродный атом). Большинство жирных кислот в организме содержат чётное число атомов углерода - от 16 до 20. Жирные кислоты, не содержащие двойных связей, называют насыщенными. Основной насыщенной жирной кислотой в липидах человека является пальмитиновая. Жирные кислоты, содержащие двойные связи, называют ненасыщенными. Ненасыщенные жирные кислоты представлены моноеновыми (с одной двойной связью) и полиеновыми (с двумя и большим числом двойных связей). Двойные связи в жирных кислотах в организме человека имеют цисконфигурацию. Это означает, что ацильные фрагменты находятся по одну сторону двойной связи. Большинство жирных кислот синтезируется в организме человека, однако полиеновые кислоты (линолевая и α-линоленовая) не синтезируются и должны поступать с пищей. Эти жирные кислоты называют незаменимыми, или эссенциальными. Основные источники полиеновых жирных кислот для человека - жидкие растительные масла и рыбий жир. Ацилглицеролы - сложные эфиры трёхатомного спирта глицерола и жирных кислот. Глицерол может быть связан с одной, двумя или тремя жирными кислотами, соответственно образуя моно-, диили триацилглицеролы (МАГ, ДАГ, ТАГ). Фосфолипиды - разнообразная группа липидов, содержащих в своём составе остаток фосфорной кислоты. Фосфолипиды делят на глицерофосфолипиды, основу которых составляет трёхатомный спирт глицерол, и сфингофосфолипиды - производные аминоспирта сфингозина. Фосфолипиды имеют амфифильные свойства, так как содержат алифатические радикалы жирных кислот и различные полярные группы. Благодаря своим свойствам фосфолипиды не только являются основой всех клеточных мембран, но и выполняют другие функции: образуют поверхностный гидрофильный слой липопротеинов крови, выстилают поверхность альвеол, предотвращая слипание стенок во время выдоха. Некоторые фосфолипиды участвуют в передаче гормонального сигнала в клетки. Сфингомиелины являются фосфолипидами, формирующими структуру миелиновых оболочек и других мембранных структур нервных клеток. Глицерофосфолипиды. Структурная основа глицерофосфолипидов - глицерол. Глицерофосфолипиды (ранее используемые названия - фосфоглицериды или фосфоацилглицеролы) представляют собой молекулы, в которых две жирные кислоты связаны сложноэфирной связью с глицеролом в первой и второй позициях; в третьей позиции находится остаток фосфорной кислоты, к которому, в свою очередь, могут быть присоединены различные заместители, чаще всего аминоспирты. Если в третьем положении имеется только фосфорная кислота, то глицерофосфолипид называется фосфатидной кислотой. Её остаток называют "фосфатидил". Плазмалогены - фосфолипиды, у которых в первом положении глицерола находится не жирная кислота, а остаток спирта с длинной алифатической цепью, связанный простой эфирной связью. Некоторые типы плазмалогенов вызывают очень сильные биологические эффекты, действуя как медиаторы. Например, тромбоцитактивирующий фактор (ТАФ) стимулирует агрегацию тромбоцитов. Аминоспирт сфингозин, состоящий из 18 атомов углерода, содержит гидроксильные группы и аминогруппу. Сфингозин образует большую группу липидов, в которых жирная кислота связана с ним через аминогруппу. Продукт взаимодействия сфингозина и жирной кислоты называют "церамид". В церамидах жирные кислоты связаны необычной (амидной) связью, а гидроксильные группы способны взаимодействовать с другими радикалами. В результате присоединения к ОН-группе церамида фосфорной кислоты, связанной с холином, образуется сфингомиелин. Церамиды - основа большой группы липидов - гликолипидов. Водород в гидроксильной группе церамида может быть замещён на разные углеводные фрагменты, что определяет принадлежность гликолипида к определённому классу. Цереброзиды имеют в своём составе моносахариды. Наиболее распространены цереброзиды, имеющие в своём составе галактозу (галактоцереброзид), реже - глюкозу (глюкоцереброзид). Глобозиды отличаются от цереброзидов тем, что имеют в своём составе несколько углеводных остатков, связанных с церамидом. Ганглиозиды - наиболее сложные по составу липиды. Они содержат несколько углеводных остатков, среди которых присутствует N-ацетилнейраминовая кислота. Нейраминовая кислота представляет собой углевод, состоящий из 9 атомов углерода

ивходящий в группу сиаловых кислот. Липиды делят на омыляемые

инеомыляемые в зависимости от их способности к гидролизу с образованием в щелочной среде солей высших карбоновых кислот -

мыл. Неомыляемые липиды не расщепляются под действием воды. Неомыляемые липиды делятся на стероиды и терпеноиды (каротиноиды). Омыляемые липиды гидролизуются, образуя смесь более простых веществ, т.к. в их структуре присутствуют связи, которые расщепляются водой (сложно-эфирные, гликозидные, амидные).Омыляемые липиды делятся на простые и сложные. Простые липиды - это те, которые при гидролизе дают только два соединения: спирт и карбоновую кислоту. К ним относятся воски, жиры и масла, церамиды. Сложные липиды при гидролизе дают более разнообразные соединения: спирт, карбоновые кислоты, фосфорную кислоту, аминокислоту и прочие.Сложные липиды делят на три большие группы:фосфолипиды;сфинголипиды;гликолипиды

82Переваривание и всасывание липидов в ЖКТ.

Роль желчных кислот. Механизм всасывания жиров. Транспорт жиров из кишечника.

Основную массу пищи составляют жиры, наряду с глюкозой служащие главными источниками энергии. С липидами в организм поступают и жирорастворимые витамины A, D, Е, К. Переваривание липидов пищи происходит в кишечнике. Основные продукты гидролиза (жирные кислоты и 2-моноацилглицеролы) после всасывания подвергаются ресинтезу и последующей упаковке в хиломикроны (ХМ) в клетках слизистой оболочки кишечника.Жиры составляют до 90% липидов, поступающих с пищей. Переваривание жиров происходит в тонком кишечнике, однако уже в желудке небольшая часть жиров гидролизуется под действием "липазы языка". Этот фермент синтезируется железами на дорсальной поверхности языка. Так как жиры - нерастворимые в воде соединения, то они могут подвергаться действию ферментов, растворённых в воде только на границе раздела фаз вода/жир. Поэтому действию панкреатической липазы, гидролизующей жиры, предшествует эмульгирование жиров. Эмульгирование (смешивание жира с водой) происходит в тонком кишечнике под действием солей жёлчных кислот. Жёлчные кислоты синтезируются в печени из холестерола и секретируются в жёлчный пузырь. Жёлчные кислоты представляют собой в основном конъюгированные жёлчные кислоты: таурохолевую, гликохолевую и другие. . Жёлчные кислоты действуют как детергенты, располагаясь на поверхности капель жира и снижая поверхностное натяжение. В результате крупные капли жира распадаются на множество мелких, т.е. происходит эмульгирование жира. Переваривание жиров - гидролиз жиров панкреатической липазой. Панкреатическая липаза выделяется в полость тонкой кишки из поджелудочной железы вместе с белком колипазой. Колипаза попадает в полость кишечника в неактивном виде и частичным протеолизом под действием трипсина превращается в активную форму. Продуктами гидролиза являются свободные жирные кислоты и 2-моноацилглицеролы (β- моноацилглицеролы). продуктами гидролиза являются свободные жирные кислоты и 2-моноацилглицеролы (β-моноацилглицеролы). Продукты гидролиза липидов - жирные кислоты с длинным углеводородным радикалом, 2-моноацилглицеролы, холестерол, а также соли жёлчных кислот образуют в просвете кишечника структуры, называемые смешанными мицеллами. Смешанные мицеллы построены таким образом, что гидрофобные части молекул обращены внутрь мицеллы, а гидрофильные - наружу, поэтому мицеллы хорошо растворяются в водной фазе содержимого тонкой кишки. Мицеллы сближаются со щёточной каймой клеток слизистой оболочки тонкого кишечника, и липидные компоненты мицелл диффундируют через мембраны внутрь клеток. Вместе с продуктами гидролиза липидов всасываются жирорастворимые витамины A, D, Е, К и соли жёлчных кислот. Жёлчные кислоты далее попадают через воротную вену в печень, из печени вновь секретируются в жёлчный пузырь и далее опять участвуют в эмульгировании жиров. Этот путь жёлчных кислот называют "энтерогепатическая циркуляция". После всасывания продуктов гидролиза жиров жирные кислоты и 2- моноацилглицеролы в клетках слизистой оболочки тонкого кишечника включаются в процесс ресинтеза с образованием триацилглицеролов. Жирные кислоты вступают в реакцию этерификации только в активной форме в виде производных коэнзима А, поэтому первая стадия ресинтеза жиров - реакция активации жирной кислоты. Реакция катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой (тиокиназой). В реакциях ресинтеза жиров участвуют жирные кислоты с длинной углеводородной цепью. Желчные кислоты обладают поверхностно-активными свойствами и участвуют в переваривании жиров, эмульгируя их и делая доступными для действия панкреатической липазы. Уменьшение секреции жёлчи приводит к нарушению эмульгирования пищевых жиров и, следовательно, к снижению способности панкреатической липазы гидролизовать жиры. Нарушение секреции сока поджелудочной железы и, следовательно, недостаточная секреция панкреатической липазы также приводят к снижению скорости гидролиза жиров. В обоих случаях нарушение переваривания и всасывания жиров приводит к увеличению количества жиров в фекалиях - возникает стеаторея (жирный стул). Липиды в водной среде (а значит, и в крови) нерастворимы, поэтому для транспорта липидов кровью в организме образуются комплексы липидов с белками - липопротеины. Все типы липопротеинов имеют сходное строение - гидрофобное ядро и гидрофильный слой на поверхности. Гидрофильный слой образован белками, которые называют апопротеинами, и амфифильными молекулами липидов - фосфолипидами и холестеролом. В организме синтезируются следующие типы липопротеинов: хиломикроны (ХМ), липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), липопротеины промежуточной плотности (ЛППП), липопротеины низкой плотности (ЛПНП) и липопротеины высокой плотности (ЛПВП). Большой размер ХМ не позволяет им проникать через стенки капилляров, поэтому из клеток кишечника они сначала попадают в лимфатическую систему и потом через главный грудной проток вливаются в кровь вместе с лимфой..

83.Современная теория окисления жирных

кислот. Общий выход энергии.

Жирные кислоты поступают с пищей или синтезируются в организме (кроме полиеновых кислот). Субстраты, необходимые для синтеза жирных кислот, образуются при катаболизме глюкозы и таким образом, часть глюкозы превращается сначала в жирные кислоты, а затем в жиры. Хотя специфический путь катаболизма жирных кислот заканчивается образованием ацетил-КоА, служащим исходным субстратом для синтеза жирных кислот, процессы синтеза и окисления жирных кислот необратимы. Они происходят в разных компартментах клеток (биосинтез протекает в цитозоле, а окисление - в митохондриях) и катализируются разными ферментами. β- Окисление жирных кислот- β-Окисление - специфический путь катаболизма жирных кислот, при котором от карбоксильного конца жирной кислоты последовательно отделяется по 2 атома углерода в виде ацетил-КоА. Метаболический путь - β-окисление - назван так потому, что реакции окисления жирной кислоты происходят у β- углеродного атома. Реакции β-окисления и последующего окисления ацетил-КоА в ЦТК служат одним из основных источников энергии для синтеза АТФ по механизму окислительного фосфорилирования. β-Окисление жирных кислот происходит только в аэробных условиях. Перед тем, как вступить в различные реакции, жирные кислоты должны быть активированы, т.е. связаны макроэргической связью с коферментом А. Реакцию катализирует фермент ацил-КоА синтетаза. Ацил-КоА синтетазы находятся как в цитозоле, так и в матриксе митохондрий. Эти ферменты отличаются по специфичности к жирным кислотам с различной длиной углеводородной цепи. Жирные кислоты с короткой и средней длиной цепи (от 4 до 12 атомов углерода) могут проникать в матрикс митохондрий путём диффузии. Активация этих жирных кислот происходит в матриксе митохондрий. Жирные кислоты с длинной цепью, которые преобладают в организме человека (от 12 до 20 атомов углерода), активируются ацил-КоА синтетазами, расположенными на внешней мембране митохондрий. β-Окисление жирных кислот, происходит в матриксе митохондрий, поэтому после активации жирные кислоты должны транспортироваться внутрь митохондрий. Жирные кислоты с длинной углеводородной цепью переносятся через плотную внутреннюю мембрану митохондрий с помощью карнитина. Карнитин поступает с пищей или синтезируется из незаменимых аминокислот лизина и метионина. В реакциях синтеза карнитина участвует витамин С (аскорбиновая кислота). β-Окисление начинается с дегидрирования ацил-КоА FAD-зависимой ацил-КоА дегидрогеназой с образованием двойной связи между α- и β-атомами углерода в продукте реакции - еноил-КоА. Восстановленный в этой реакции кофермент FADH2 передаёт атомы водорода в ЦПЭ на кофермент Q. В результате синтезируются 2 молекулы АТФ. Любая жирная кислота с четным количеством углеродных атомов, от которой отщепляется по паре углеродных атомов, в конце концов проходит через стадию масляной кислоты. После очередного β- окисления масляная кислота становится ацетоуксусной. Последняя затем гидроли-зуется до двух молекул уксусной кислоты. При каждом цикле β-окисления образуются одна молекула ФАДН2 и одна молекула НАДН. Последние в процессе окисления в дыхательной цепи и сопряженного с ним фосфорилирования дают: ФАДН2 – 2 молекулы АТФ и НАДН – 3 молекулы АТФ, т.е. в сумме за один цикл образуется 5 молекул АТФ.

ацетоуксусной кислоты. Нарушение и регуляция липидного обмена.

Ацетоуксусная кислота в процессе метаболизма способна окисляться до ацетона с выделением молекулы углекислого газа. Ацетоуксусная кислота или ацетоуксусный эфир-β-кетонокислота, отличающаяся непрочностью.Ацетоуксусная к-та-органическая кислота, вырабатываемая в больших количествах печенью в процессе метаболизма и вступающая с большой скоростью в окислительные реакции с жирными кислотами (например, при голодании). Образовавшаяся ацетоуксусная кислота при достаточно высокой концентрации инсулина превращается в ацетилкоэнзим-А, а в отсутствии инсулина - в гидроксимасляную кислоту и ацетон, который выводится из организма. Когда от цепочки жирной кислоты отщепляется ацетил-КоА, 2 молекулы этого вещества, объединяясь, формируют молекулу ацетоуксусной кислоты, которая затем транспортируется кровью в другие клетки организма, где она может использоваться для получения энергии. Часть ацетоуксусной кислоты превращается в гидроксимасляную кислоту, совсем небольшое количество превращается в ацетон. Ацетоуксусная кислота, гидроксимасляная кислота и ацетон свободно диффундируют через мембраны клеток печени и транспортируются кровью к периферическим тканям. Здесь эти вещества вновь диффундируют через мембраны внутрь клеток, где наблюдаются обратные реакции и образуются молекулы ацетил-КоА. Ацетил-КоА, в свою очередь, вступает в цикл лимонной кислоты и окисляется, давая энергию в форме АТФ. При голодании увеличивается секреция глюкагона, при физической работе - адреналина. Эти гормоны, действуя через аденилатциклазную систему, стимулируют мобилизацию жиров. Ожирение - важнейший фактор риска развития инфаркта миокарда, инсульта, сахарного диабета, артериальной гипертензии и желчнокаменной болезни. Ожирением считают состояние, когда масса тела превышает 20% от "идеальной" для данного индивидуума. Первичное ожирение развивается в результате алиментарного дисбаланса - избыточной калорийности питания по сравнению с расходами энергии. Суточные потребности организма в энергии складываются из:

основного обмена - энергии, необходимой для поддержания жизни; основной обмен измеряют по поглощению кислорода или выделению тепла человеком в состоянии покоя утром, после 12-часового перерыва в еде; энергии, необходимой для физической активности.

Вторичное ожирение - ожирение, развивающееся в результате какоголибо основного заболевания, чаще всего эндокринного. Например, к развитию ожирения приводят гипотиреоз, синдром Иценко-Кушинга, гипогонадизм и многие другие заболевания.

85.Биосинтез триацилглиридов и фосфолипидов.

Функции фосфолипидов. Регуляция и патология липидного обмена.

Фосфолипиды - большой класс липидов, получивший своё название из-за остатка фосфорной кислоты, придающего им свойства амфифильности . Благодаря этому свойству фосфолипиды формируют бислойную структуру мембран, в которую погружены белки. Клетки или отделы клеток, окружённые мембранами, отличаются по составу и набору молекул от окружающей среды, поэтому химические процессы в клетке разделены и ориентированы в пространстве, что необходимо для регуляции метаболизма. Стероиды, представленные в животном мире холестеролом и его производными, выполняют разнообразные функции. Холестерол - важный компонент мембран и регулятор свойств гидрофобного слоя. Кроме стероидных гормонов, многие производные липидов выполняют регуляторные функции и действуют, как и гормоны , в очень низких концентрациях. Например, тромбоцитактивирующий фактор - фосфолипид особой структуры - оказывает сильное влияние на агрегацию тромбоцитов в концентрации 10 -12 М . Жирные кислоты - структурные компоненты различных липидов. В составе фосфолипидов и сфинголипидов жирные кислоты образуют внутренний гидрофобный слой мембран, определяя его свойства. Жиры и фосфолипиды организма при нормальной температуре тела имеют жидкую консистенцию, так как количество ненасыщенных жирных кислот преобладает над насыщенными . Фосфолипиды делят на глицерофосфолипиды , основу которых составляет трёхатомный спирт глицерол , и сфингофосфолипиды - производные аминоспирта сфингозина . Благодаря своим свойствам фосфолипиды не только являются основой всех клеточных мембран, но и выполняют другие функции: образуют поверхностный гидрофильный слой липопротеинов крови, выстилают поверхность альвеол, предотвращая слипание стенок во время выдоха. Некоторые фосфолипиды участвуют в передаче гормонального сигнала в клетки. Сфингомиелины являются фосфолипидами , формирующими структуру миелиновых оболочек и других мембранных структур нервных клеток. Плазмалогены - фосфолипиды , у которых в первом положении глицерола находится не жирная кислота, а остаток спирта с длинной алифатической цепью, связанный простой эфирной связью. Характерный признак плазмалогенов - двойная связь между первым и вторым атомами углерода в алкильной группе. Плазмалогены составляют до 10% фосфолипидов мембран нервной ткани; особенно много их в миелиновых оболочках нервных клеток. Некоторые типы плазмалогенов вызывают очень сильные биологические эффекты, действуя как медиаторы. Например, тромбоцитактивирующий фактор (ТАФ) стимулирует агрегацию тромбоцитов. Церамиды - основа большой группы липидов - гликолипидов. Водород в гидроксильной группе церамида может быть замещён на разные углеводные фрагменты. Гликолипиды находятся в основном в мембранах клеток нервной ткани. Ганглиозиды - наиболее сложные по составу липиды. Они содержат несколько углеводных остатков, среди которых присутствует N- ацетилнейраминовая кислота. Главная роль ганглиозидов определяется их участием в осуществлении межклеточных контактов. Некоторые ганглиозиды служат своеобразными рецепторами для ряда бактериальных токсинов. . В организме человека основной стероид - холестерол , остальные стероиды - его производные. Метаболизм фосфолипидов тесно связан со многими процессами в организме: образованием и разрушением мембранных структур клеток, формированием ЛП, мицелл жёлчи, образованием в альвеолах лёгких поверхностного слоя, предотвращающего слипание альвеол во время выдоха.

Обмен глицерофосфолипидов . Синтез фосфатидилхолинов , фосфатидилэтаноламинов и фосфатидилсеринов . Н ачальные этапы синтеза глицерофосфолипидов и жиров происходят одинаково до образования фосфатидной кислоты. Фосфатидная кислота может синтезироваться двумя разными путями: через глицеральдегид-3- фосфат и через дигидроксиацетонфосфат . На следующем этапе фосфатидаза отщепляет от фосфатидной кислоты фосфатный остаток,

врезультате чего образуется диацилглицерол . Дальнейшие превращения диацилглицерола также могут идти разными путями. Один из вариантов - образование активной формы "полярной головки" фосфолипида : холин, серии или этаноламин превращаются

вЦДФ-холин , ЦДФ-серин или ЦДФ-этаноламин . Образовавшийся ЦДФ-холин - донор холина для синтеза молекул фосфатидилхолинов

. Далее диацилглицерол взаимодействует с ЦМФ-производными , при

этом выделяется ЦМФ, и образуется фосфатидилхолин . Фосфатидилсерин может превращаться в фосфа-тидилэтаноламин путём декарбоксилирования . Фосфатидилэтаноламин может превращаться в фосфатидилсерин путём обмена этаноламина на серии.

Дипальмитоилфосфатидилхолин основной компонент сурфактанта легких . Сурфактант - внеклеточный липидный слой с небольшим количеством гидрофобных белков, выстилающий поверхность лёгочных альвеол и предотвращающий слипание стенок альвеол во время выдоха. Сурфактант уменьшает поверхностное натяжение жидкости, выстилающей поверхность альвеол, и предотвращает слипание стенок альвеол во время выдоха. Синтез дипальмитоилфосфатидилхолина (лецитина) в пневмоцитах II типа происходит в процессе эмбрионального развития и резко увеличивается в период от 32 до 36 нед беременности. Важным показателем нормального формирования сурфактанта служит соотношение фосфатидилхолин / сфингомиелин >4. Это соотношение можно определять, исследуя состав амниотической жидкости.

Другой путь превращений диацилглицерола приводит к образованию фосфатидилинозитола и кардиолипина . Фосфатидилинозитол далее может фосфорилироваться с образованием фосфолипида , располагающегося в наружной мембране клеток и участвующего в передаче гормональных сигналов внутрь клетки. Кардиолипин находится, главным образом, во внутренней мембране митохондрий и в небольшом количестве в сурфактанте лёгких.

Различные типы фосфолипаз , локализованных в клеточных мембранах или в лизосомах, катализируют гидролиз глицерофосфолипидов . Синтез сфинголипидов начинается с образования церамида . Серин конденсируется с пальмитоил-КоА . После окисления FAD-зависимой дегидрогеназой образуется церамид

. Церамид служит предшественником в синтезе большой группы сфинголипидов : сфингомиелинов , не содержащих углеводов, и гликосфинголипидов . Соединение фосфорилхолина с церамидом сфингомиелин-синтазой приводит к образованию сфингомие-лина . Донорами углеводных компонентов служат активированные сахара: УДФ-галактоза и УДФ-глюкоза . В распаде сфингомиелинов участвуют 2 фермента - сфингомиелиназа , отщепляющая фосфорилхолин , и церамидаза , продуктами действия которой являются сфингозин и жирная кислота. Катаболизм гликосфинголипидов начинается с перемещения их с поверхности клетки в цитоплазму по механизму эндоцитоза . В результате молекулы, расположенные на поверхности мембран, оказываются в эндоцитозных везикулах в цитоплазме и сливаются с лизосомами. В лизосомах находятся все ферменты, необходимые для гидролиза сложных молекул гликосфинголипидов : α- и β- галактозидазы, β- глюкозидазы, нейраминидаза ( сиалидаза ) и церамидаза . В результате последовательных реакций гидролиза сложные молекулы гликосфинголипидов распадаются до мономеров: глюкозы, галактозы, жирной кислоты, сфингозина и других метаболитов. Синтез триглицеридов в стенке кишечника может происходить из моноглицерида (из 2-моноацилглицерола) и двух молекул активных жирных кислот (остатки жирных кислот в комплексе с ацилпереносящим энзимом – S-КоА), или из глицерина и трех молекул активных жирных кислот с участием АТФ, что более характерно для процессов в печени и жировой ткани. При голодании увеличивается секреция глюкагона, при физической работе - адреналина. Эти гормоны, действуя через аденилатциклазную систему, стимулируют мобилизацию жиров. Нарушения липидного обмена могут быть как первичными, так и вторичными, т.е. вызванными патологией эндокринной системы или компенсаторные при различных заболеваниях.Нарушения переваривания и всасывания липидов сопровождаются развитием стеатореи (повышенное содержание липидов и жирных кислот в кале) и обусловливаются одной из следующих причин:1.Дефицит панкреатической липазы, связанный с заболеваниями поджелудочной железы;2.Дефицит желчи в кишечнике, обсуловленный заболеваниями печени или желчевыводящих путей;3.Угнетение ферментных систем ресинтеза триглицеридов в стенке кишечника при его заболеваниях. Ожирением считают состояние, когда масса тела превышает 20% от "идеальной" для данного индивидуума. Первичное ожирение развивается в результате алиментарного дисбаланса - избыточной калорийности питания по сравнению с расходами энергии. Суточные потребности организма в энергии складываются из:

основного обмена - энергии, необходимой для поддержания жизни; основной обмен измеряют по поглощению кислорода или выделению тепла человеком в состоянии покоя утром, после 12-часового перерыва в еде; энергии, необходимой для физической активности.

Вторичное ожирение - ожирение, развивающееся в результате какоголибо основного заболевания, чаще всего эндокринного. Например, к развитию ожирения приводят гипотиреоз, синдром Иценко-Кушинга, гипогонадизм и многие другие заболевания.

86.Обмен стероидов. Биосинтез холестерина.

Стероиды - производные восстановленных конденсированных циклических систем - циклопентанпергидрофенантренов. В организме человека основной стероид - холестерол, остальные стероиды - его производные. Холестерол входит в состав мембран и влияет на структуру бислоя, увеличивая её жёсткость. Из холестерола синтезируются жёлчные кислоты, стероидные гормоны и витамин D3. Нарушение обмена холестерола приводит к развитию атеросклероза. Холестерол представляет собой молекулу, содержащую 4 конденсированных кольца, обозначаемые латинскими буквами А, В, С, D, разветвлённую боковую цепь из 8 углеродных атомов в положении 17, 2 "ангулярные" метальные группы (18 и 19) и гидроксильную группу в положении 3. Наличие гидроксильной группы позволяет относить холестерол к спиртам, поэтому его правильное химическое название "холестерол", однако в медицинской литературе часто используют термин "холестерин". Присоединение жирных кислот сложноэфирной связью к гидроксильной группе приводит к образованию эфиров холестерола. В неэтерифицированной форме холестерол входит в состав мембран различных клеток. Все атомы углерода в структуре холестерина происходят из активной уксусной кислоты (Ацетил-КоА). Сам процесс синтеза можно условно разделить на три этапа: 1 – образование мевалоната; 2 – образование сквалена: 3 – формирование структуры и завершающий этап синтеза холестерола. Первый этап сходен с синтезом кетоновых тел, но происходит не в митохондриях, а в цитозоле. После образования b-гидрокси-b-метилглютарил-КоА (ГМГ-КоА) под действием фермента Гидроксиметилглютарил-КоА- редуктазы (мевалонатсинтетазы) ГМГ-КоА восстанавливается за счет двух молекул НАД*Н2 до мевалоновой кислоты.Далее следует второй этап синтеза – образование сквалена (последний этап синтеза сквалена свойственен только животным клеткам, у растений вместо сквалена синтезируются каротины, структуры не из 30, а из 35 глеродных атомов). На третьем этапе синтеза холестерина при участии молекулярного кислорода и восстановленного НАДФ (т.е. НАДФ*Н2) под действием ланостеринсинтетазы образуется циклическая структура, формируются кольца циклопентанпергидрофенантрена и таким образом синтезируется ланостерин – непосредственный предшественник холестерола. Под влиянием ряда ферментов ланостерин теряет три углерода и трансформируется в холестерин. В печени холестерин используется как предшественник желчных кислот, а в половых железах и надпочечниках из него образуются стероидные гормоны. Кроме того, он необходим для синтеза витамина D, играющего ключевую роль в развитии костной ткани. С химической точки зрения, холестерин - жирорастворимый спирт, относящийся к классу стероидов. Высокий уровень холестерина в крови (гиперхолестеринемия) способствует формированию на стенках кровеносных сосудов холестериновых бляшек, на которых легко образуются тромбы. Если такие тромбы отрываются и попадают в кровоток, они могут вызвать закупорку сосудов в жизненно важных органах и, в частности, стать причиной инфаркта миокарда. Гиперхолестеринемия относится к ведущим факторам развития атеросклероза. Для транспорта холестерина организм использует четыре типа липопротеинов: все они состоят из липидов (жиров) и белков, но различаются по своей плотности (удельному весу). По всей вероятности, развитие сосудистой недостаточности зависит от двух типов липопротеинов: липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) и липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). Было показано, что высокий уровень холестерина в составе ЛПНП повышает вероятность сосудистой недостаточности, тогда как при высоком содержании в крови связанного с ЛПВП холестерина риск сосудистой недостаточности, напротив, снижен. Этот факт может объясняться, в частности, тем, что холестерин в составе ЛПВП эффективнее выводится из организма.

87.Биосинтез жирных кислот,регуляция синтеза.

Источники цитоплазматического ацетил-КоА .Роль биотина, НАДФН2, АПБ в синтезе жирных кислот. (АПБ-ацилпереносяций белок).

С пищей в организм поступают разнообразные жирные кислоты, в том числе и незаменимые. Значительная часть заменимых жирных кислот синтезируется в печени, в меньшей степени - в жировой ткани и лактирующей молочной железе. Источником углерода для синтеза жирных кислот служит ацетил-КоА, образующийся при распаде глюкозы в абсорбтивном периоде. Таким образом, избыток углеводов, поступающих в организм, трансформируется в жирные кислоты, а затем в жиры. Синтез жирных кислот происходит в абсорбтивный период. Активный гликолиз и последующее окислительное декарбоксилирование пирувата способствуют увеличению концентрации ацетил-КоА в матриксе митохондрий. Так как синтез жирных кислот происходит в цитозоле клеток, то ацетилКоА должен быть транспортирован через внутреннюю мембрану митохондрий в цитозоль. Однако внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацетил-КоА, поэтому в матриксе митохондрий ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом с образованием цитрата при участии цитратсинтазы:

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 NADH и АТФ. Эта ситуация создаётся в абсорбтивном периоде, когда клетка печени получает достаточное количество источников энергии. В цитоплазме цитрат расщепляется под действием фермента цитратлиазы:

Цитрат + HSKoA + АТФ → Ацетил-КоА + АДФ + Pi + Оксалоацетат. Ацетил-КоА в цитоплазме служит исходным субстратом для синтеза жирных кислот. Образование малонил-КоА из ацетил-КоА - регуляторная реакция в биосинтезе жирных кислот. Первая реакция синтеза жирных кислот - превращение ацетил-КоА в малонил-КоА. Фермент, катализирующий эту реакцию (ацетил-КоА-карбоксилаза), относят к классу лигаз. Он содержит ковалентно связанный биотин. В первой стадии реакции СО2 ковалентно связывается с биотином за счёт энергии АТФ, во второй стадии СОО- переносится на ацетилКоА с образованием малонил-КоА. Активность фермента ацетил- КоА-карбоксилазы определяет скорость всех последующих реакций синтеза жирных кислот. После образования малонил-КоА синтез жирных кислот продолжается на мультиферментном комплексе - синтазе жирных кислот (пальмитоилсинтетазе). Этот фермент состоит из 2 идентичных протомеров, каждый из которых имеет доменное строение и, соответственно, 7 центров, обладающих разными каталитическими активностями. В каждом цикле биосинтеза пальмитиновой кислоты проходят 2 реакции восстановления, донором водорода в которых служит кофермент NADPH. Регуляторный фермент синтеза жирных кислот - ацетил-КоА- карбоксилаза. Этот фермент регулируется несколькими способами. В неактивной форме ацетил-КоА-карбоксилаза представляет собой отдельные комплексы, каждый из которых состоит из 4 субъединиц. Активатор фермента - цитрат; он стимулирует объединение комплексов, в результате чего активность фермента увеличивается. Ингибитор - пальмитоил-КоА; он вызывает диссоциацию комплекса и снижение активности фермента. Синтаза жирных кислоткомплекс, состоящий из двух идентичных полипептидных мономеров 1 и 2. Каждый мономер включает 6 индивидуальных ферментов и ацилпереносящий белок (АПБ).

88.Синтещ желчных кислот, регуляция процесса.

Их роль в переваривании и всасывании липидов. Желчно-каменная болезнь.

Желчные кислоты обладают поверхностно-активными свойствами и участвуют в переваривании жиров, эмульгируя их и делая доступными для действия панкреатической липазы. Желчные кислоты - производные холестерола с пятиуглеродной боковой цепью в положении 17, которая заканчивается карбоксильной группой. Желчные кислоты – продукты конечного метаболизма холестерина. В печени образуются холевая и хенодезоксихолевая кислоты (первичные), затем, под действием бактерий кишечника они переходят в дезоксихолевую и литохолевую. Кроме того, желчные кислоты конъюгируют с глицином или с таурином и образуют гликохолевую, таурохолевую, гликодезоксихолевую и т.д.В печени эмульгирующие свойства жёлчных кислот увеличиваются за счёт реакции конъюгации, в которой к карбоксильной группе жёлчных кислот присоединяются таурин или глицин, полностью ионизированные при рН кишечного сока. Эти производные - конъюгированные желчные кислоты - находятся в ионизированной форме и поэтому называются солями желчных кислот. Именно они служат главными эмульгаторами жиров в кишечнике. Желчные кислоты, как амфифильные соединения, ориентируются на границе жир-вода, погружаясь гидрофобной частью молекулы в жир, а гидрофильной – в воду. Это приводит к снижению поверхностного натяжения и дроблению капель жира. В итоге увеличивается общая поверхность капель жира, что увеличивает контакт жира с ферментами (по закону адсорбции), растворенными в водной среде.Играют важную роль в процессах переваривания и всасывания жиров; способствуют росту и функционированию нормальной кишечной микрофлоры. В печени Ж.к. образуются преимущественно из холестерина. Печень — единственный орган, способный превращать холестерин в гидроксилзамещенные холановые кислоты, так как ферменты, участвующие в гидроксилировании и конъюгации желчных кислот, находятся в микросомах и митохондриях гепатоцитов. Конъюгация желчных кислот, осуществляемая ферментным путем, происходит в присутствии ионов магния, АТФ, НАДФ, СоА. Активность этих ферментов изменяется соответственно колебаниям скорости циркуляции и состава пула желчных кислот в печени. Синтез последних контролируется механизмом отрицательной обратной связи, т. с. интенсивность синтеза желчных кислот в печени обратно пропорциональна току вторичных желчных кислот в печень. Конъюгирование - присоединение ионизированных молекул глицина или таурина к карбоксильной группе жёлчных кислот; усиливает их детергентные свойства, так как увеличивает амфифильность молекул. Регуляторные ферменты синтеза жёлчных кислот (7-α-гидроксилаза) и холестерола (ГМГ-КоА-редуктаза) ингибируются жёлчными кислотами. В течение суток активность обоих ферментов меняется сходным образом, т.е. увеличение количества жёлчных кислот в печени приводит к снижению синтеза как жёлчных кислот, так и холестерола. Возвращение жёлчных кислот в печень в процессе энтерогепатической циркуляции оказывает важное регуляторное действие; прерывание циркуляции приводит к активации 7-α-гидроксилазы и увеличению захвата холестерола из крови. Этот механизм лежит в основе одного из способов снижения конценграции холестерола в крови при лечении гиперхолестеролемии. Желчнокаменная болезнь - патологический процесс, при котором в жёлчном пузыре образуются камни, основу которых составляет холестерол. У большинства больных желчнокаменной болезнью активность ГМГ-КоА-редуктазы повышена, следовательно увеличен синтез холестерола, а активность 7-α-гидроксилазы, участвующей в синтезе жёлчных кислот, снижена. Гидроксиметилглютарил-КоА-редуктазы (мевалонатсинтетазы) ГМГКоА восстанавливается за счет двух молекул НАД*Н2 до мевалоновой кислоты.

89.Гиперхолестеролемия. Механизм развития

атеросклероза и лечение.

Нарушения обмена холестерола чаще всего приводят к гиперхолестеролемии и последующему развитию атеросклероза. При атеросклерозе происходит образование на стенках артерий так называемых атеросклеротических бляшек, представляющих собой в основном отложения холестерола. Атеросклеротические бляшки разрушают клетки эндотелия сосудов, и в таких местах часто образуются тромбы. Атеросклероз - полигенное заболевание. Одна из основных причин развития атеросклероза - нарушение баланса между поступлением холестерола с пищей, его синтезом и выведением из организма. Важным фактором развития атеросклероза являются генетические дефекты белков и ферментов, участвующих в обмене холестерола. Концентрация холестерола в крови взрослых людей составляет 200±50 мг/дл (5,2±1,2 ммоль/л) и, как правило, увеличивается с возрастом. Превышение нормальной концентрации холестерола в крови называют гиперхолестеролемией. Гиперхолестеролемия часто развивается вследствие избыточного поступления холестерола с пищей, а также углеводов и жиров. Гиперкалорийное питание - один из распространённых факторов развития гиперхолестеролемии, так как для синтеза холестерола необходимы только ацетил-КоА, АТФ и NADPH. Все эти субстраты образуются при окислении глюкозы и жирных кислот, поэтому избыточное поступление этих компонентов пищи способствует развитию гиперхолестеролемии. Развитие атеросклероза проходит в несколько стадий. Процесс начинается с повреждения эндотелия сосудов, причём повреждение может иметь различные механизмы, повреждение провоцируется свободными радикалами, образующимися в процессе метаболизма или поступающими извне. Окисленные ЛПНП захватываются макрофагами через скевенджеррецепторы. Этот процесс не регулируется количеством поглощённого холестерола, как в случае его поступления в клетки через специфические рецепторы, поэтому макрофаги перегружаются холестеролом и превращаются в "пенистые клетки", которые проникают в субэндотелиальное пространство. Это приводит к образованию жировых полосок в стенке кровеносных сосудов. При увеличении количества "пенистых клеток" происходит повреждение эндотелия сосудов. В норме клетки эндотелия секретируют простагландин I2 (простациклин I2), который ингибирует агрегацию тромбоцитов. При повреждении клеток эндотелия тромбоциты активируются. Они секретируют тромбоксан А2 (ТХ А2, который стимулирует агрегацию тромбоцитов, что может привести к образованию тромба в области атеросклеротической бляшки. Далее происходит прорастание бляшки фиброзной тканью (коллагеном,эластином); клетки под фиброзной оболочкой некротизируются, а холестерол откладывается в межклеточном пространстве. На последних стадиях развития бляшка пропитывается солями кальция и становится очень плотной. В области бляшки часто образуются тромбы, перекрывающие просвет сосуда, что приводит к острому нарушению кровообращения в соответствующем участке ткани и развитию инфаркта. Важным лечебным фактором, снижающим риск развития гиперхолестеролемии и атеросклероза, является гипокалорийная и гипохолестериновая диета. Растительная пища не содержит холестерола, поэтому у людей среднего и старшего возраста она должна составлять основу рациона. Витамины С, Е, А, обладающие антиоксидантными свойствами, ингибируют перекисное (свободнорадикальное) окисление липидов в ЛПНП и поддерживают нормальную структуру липидов ЛПНП и их метаболизм.

90.Регуляция обмена углеводов, липидов и

аминокислот.

Метаболизм (от греч. μεταβολή — «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты. Органические вещества представлены в основном аминокислотами, углеводами, липидами и нуклеиновыми кислотами. Катаболизмом называют метаболические процессы, при которых расщепляются относительно крупные органические молекулы сахаров, жиров, аминокислот. В ходе катаболизма образуются более простые органические молекулы, необходимые для реакций анаболизма (биосинтеза). Часто, именно в ходе реакций катаболизма организм мобилизует энергию, переводя энергию химических связей органических молекул, полученных в процессе переваривания пищи, в доступные формы: в виде АТФ, восстановленных коферментов и трансмембранного электрохимического потенциала. Анаболизм — совокупность метаболических процессов биосинтеза сложных молекул с затратой энергии. Сложные молекулы, входящие в состав клеточных структур, синтезируются последовательно из более простых предшественников. Анаболизм включает три основных этапа, каждый из которых катализируется специализированным ферментом. На первом этапе синтезируются молекулы-предшественники, например, аминокислоты, моносахариды, терпеноиды и нуклеотиды. На втором этапе предшественники с затратой энергии АТР преобразуются в активированные формы. На третьем этапе активированные мономеры объединяются в более сложные молекулы, например, белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты. Регуляция метаболизма позволяет организмам отвечать на сигналы и активно взаимодействовать с окружающей средой.В случае фермента, регуляция заключается в повышении и снижении его активности в ответ на сигналы. С другой стороны, фермент оказывает некоторый контроль над метаболическим путем, который определяется как эффект от изменения активности фермента на данный метаболический путь. В метаболическом пути происходит саморегуляция на уровне субстрата или продукта; например, уменьшение количества продукта может компенсировано увеличить поток субстрата реакции по данному пути. Внешний контроль включает клетку многоклеточного организма, изменяющую свой метаболизм в ответ на сигналы от других клеток. Эти сигналы, как правило, в виде растворимых посредников, например гормоны и факторы роста, определяются специфическими рецепторами на поверхности клеток.атем эти сигналы передаются внутрь клетки системой вторичных посредников, которые зачастую связаны с фосфорилированием белков. пример внешнего контроля — регуляция метаболизма глюкозы инсулином.Инсулин вырабатывается в ответ на повышение уровня глюкозы в крови. Гормон связывается с инсулиновым рецептором на поверхности клетки, затем активируется каскад протеинкиназ, которые обеспечивают поглощение молекул глюкозы клетками и преобразовать их в молекулы жирных кислот и гликогена.Метаболизм гликогена контролируется активностью фосфорилазы (фермента, который расщепляет гликоген) и гликогенсинтазы (фермента, который образует его). Эти ферменты взаимосвязаны; фосфорилирование ингибируется гликогенсинтазой, но активируется фосфорилазой. Инсулин вызывает синтез гликогена путём активации белковых фосфатаз и уменьшает фосфорилирование этих ферментов.

91.Биохимические представления о сахарном

диабете.

При недостаточности инсулина возникает сахарный диабет, который сопровождается нарушениями метаболизма углеводов, жиров и белков. Сахарный-группа эндокринных заболеваний, развивающихся вследствие недостаточности гормона инсулина, в результате чего развивается гипергликемия — стойкое увеличение содержания глюкозы в крови. Различают 2 формы заболевания:

инсулинзависимый сахарный диабет (ИЗСД) – диабет 1 типа, на долю которого приходится 10-20 % случаев заболевания; инсулиннезависимый сахарный диабет (ИНСД) – диабет 2 типа, на долю которого приходится 80-90 % случаев заболевания; ИЗСД возникает вследствие разрушения β клеток поджелудочной

железы, вызванного:аутоиммунными реакциями, обусловленными генетическими дефектами белков иммунной системы,вирусной инфекцией,некоторыми токсическими нитро- и аминосодержащими веществами. ИНСД может быть связан с:мутацией генов, контролирующих синтез и секрецию инсулина, повышением скорости катаболизма инсулина в печени,нарушением механизмов передачи сигнала инсулином в клетки, например, при генетических дефектах рецепторов инсулина, уменьшении их количества или образования антител к рецепторам и генетическими нарушениями . При диабете 1 типа концентрация инсулина в крови снижена, а при 2 типе может быть снижена, оставаться в норме или даже превышать ее, но при этом наблюдается инсулинорезистентность клетокмишеней. В обоих случаях возникает недостаточность содержания инсулина в крови по отношению к содержанию глюкагона, поэтому индекс инсулин/глюкагон снижается. Это приводит к тому, что даже в абсорбтивный период метаболизм углеводов, жиров и белков в печени, мышцах и жировой ткани осуществляется в режиме голодания и обусловливает основные проявления сахарного диабета.

92.Регуляция водно-солевого обмена гормонами.

Вазопрессин и альдостерон.

Объем жидкостей организма зависит от массы тела человека. Важнейшей его характеристикой является водный баланс, который в номе должен обеспечить равенство количества воды, поступающей или образующейся в организме, и количеством жидкости, экскретируемой из организма.Поддержание основных параметров в норме осуществляют почки, а регуляторную функцию выполняют гормоны вазопрессин (антидиуретический гормон – АДГ), альдостерон и предсердный натриуретический фактор(ПНФ).Вазопрессин (АДГ) является пептидом из 9 аминокислот. Он синтезируется в нейронах гипоталамуса, по аксонам транспортируется в заднюю долю гипофиза и хранится там в составе секреторных гранул. Сигналом, вызывающим секрецию гормона является повышение осмотического давления внеклеточной жидкости. Осморецепторы гипоталамуса реагируют на эти изменения, сигнал передается в заднюю долю гипофиза, и гормон секретируется из окончаний аксонов в кровь. АДГ имеет 2 типа мембранных рецепторов – V1 и V2, которые отличаются по тканевой локализации, системе передачи сигнала и имеют разное сродство к гормону. V1-рецепторы находятся на гладкомышечных клетках сосудов. При взаимодействии АДГ с рецепторами этого типа активируется инозитолфосфатная система, повышение концентрации Са2+ приводит к сужению сосудов. V1-рецепторы имеют низкое сродство к гормону, поэтому при физиологических концентрациях АДГ связывается только V2-рецепторами. V2-рецепторы имеют эпителиальные клетки дистальных канальцев и собирательных трубочек почек. Альдостерон – стероидный гормон, синтезируется из холестерола в клубочково й зоне коры надпочечников. Альдостерон – липофильный гормон. По крови перемещается в комплексе с белком альбумином. Его инактивация происходит в печени. Образование и секреция гормона регулируются ионами натрия и калия. При снижении осмотического давления секреция гормона в кровь возрастает. Самым мощным регуляторным фактором является ангиотензин II – один из белков системы ренин- ангиотензин-альдостерон. Ангиотензин II взаимодействует с рецепторами мембран клеток коры надпочечников и активирует инозитолфосфатную систему. В клетках-мишенях идет фосфорилирование специфических ферменов, ответственных за синтез альдостерона. Образующийся гормон, действуя на клеткимишени, вызывает реабсорбцию Na+ и K+. Задержка натрия в организме приводит к восстановлению осмотического давления и снижению синтеза и секреции гормона в кровь. Клетками-мишенями альдостерона являются эпителиальные клетки почечных канальцев.