V комплекс – атф-синтаза.

Это интегральный белок внутренней мембраны митохондрий. Он расположен в непосредственной близости к дыхательной цепи. АТФ-синтаза состоит из двух белковых комплексов.

Гидрофобный комплекс F_◦ погружен в мембрану. Он служит основанием, которое фиксирует АТФ-синтазу в мембране.

Комплекс F₀ состоит из нескольких субъединиц, образующих канал, по которому протоны переносятся в матрикс.

Комплекс F₁ выступает в матрикс. Он состоит из 9 субъединиц. Между α- и β- субъединицами располагаются три активных центра, в которых происходит синтез АТФ.

Повышение концентрации протонов в межмембранном пространстве активирует АТФ-синтазу. Электрохимический потенциал ΔμН⁺ заставляет протоны двигаться по каналу АТФ-синтазы в матрикс. Параллельно под действием ΔμН⁺ происходят конформационные изменения в парах α- и β- субъединиц белка F₁ , в результате чего из АДФ и Н₃РО₄ образуется АТФ. Электрохимический потенциал, генерируемый в 3 пунктах сопряжения в ЦПЭ, используется для синтеза одной молекулы в каждом пункте.

Отношение количества Н3РО4, использованной на фосфорилирование АДФ, к атому поглощенного кислорода, называют коэффициентом окислительного фосфорилирования и обозначают Р/О.

Для субстратов, которые отдают протоны и электроны на НАД-зависимые дегидрогеназы, коэффициент фосфорилирования равен 3/1=3АТФ, так как протоны и электроны транспортируются через 3 пункта сопряжения (I, III, IV комплексы).

Например, изоцитрат, малат, ПВК и др.

Для субстратов, которые отдают протоны и электроны на ФАД-зависимые дегидрогеназы и сукцинат-фумарат-дегидрогеназу (II комплекс), коэффициент фосфорилирования равен 2/1=2АТФ, так как электроны поступают на III комплекс, минуя первый пункт сопряжения (I комплекс). Например, сукцинат, глицерол-3-фосфат и др.

Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем.

6.6.Разобщение окисления и фосфорилирования, разобщающие факторы. Биологическая роль термогенина бурой жировой ткани в детском организме. Гипоэнергетические состояния как результат гипоксии, голодания, авитаминозов и других. причин. Микросомальное окисление. Биологическая роль.

На синтез молекулы АТФ расходуется примерно 40-45% всей энергии электронов, переносимых по ЦПЭ, 25% тратится на работу по переносу веществ через мембрану. Остальная часть энергии рассеивается в виде теплоты и используется на поддержание температуры тела. Дополнительное образование теплоты происходит при разобщении дыхания и фосфорилирования, которое может быть биологически полезным. Оно позволяет генерировать тепло для поддержания температуры у новорожденных, у зимнеспящих животных и у всех млекопитающих в процессе адаптации к холоду. У них существует бурый жир – особая ткань, специализирующаяся на теплопродукции посредством разобщения дыхания и фосфорилирования. Бурый жир содержит много митохондрий. Около 10% всех белков приходится на так называемый разобщающий белок (РБ-1) – термогенин.

Окисление субстратов и фосфорилирование АДФ в митохондриях прочно сопряжены. Скорость использования АТФ регулирует скорость потока электронов в ЦПЭ. Если АТФ не используется и его концентрация в клетках возрастает, то прекращается и поток электронов к кислороду. С другой стороны, расход АТФ и превращение его в АДФ увеличивает окисление субстратов и поглощение кислорода.

Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем.

Некоторые химические вещества (протонофоры) могут переносить протоны и другие ионы (ионофоры) из мембранного пространста через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате этого исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ. Это называют разобщением дыхания и фосфорилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается, что приводит к возрастанию скорости окисления НАДН и ФАДН₂, возрастает и количество поглощенного кислорода, но энергия выделяется в виде тепла, и коэффициент Р/О резко снижается (свободное окисление).

Разобщители – липофильные вещества, легко проходящие через липидный слой мембраны:

- 2,4-динитрофенол,

- дикумарол (антивитамин вит. К);

- билирубин (продукт распада гема);

- тироксин (гормон щитовидной железы).

Все эти вещества проявляют разобщающее действие только при их высокой концентрации.

Для постоянного синтеза АТФ клетками необходим приток метаболитов как субстратов дыхания и кислорода как конечного акцептора электронов в реакциях окисления, сопряженных с синтезом АТФ.

Нарушения какого-либо этапа метаболизма, приводящие к прекращению синтеза АТФ, гибельны для клетки.

Состояния, при которых синтез АТФ снижен, объединяют термином «гипоэнергетические».

Причины «гипоэнергетических состояний»:

• Голодание (недостаток субстратов дыхания);

• Гиповитаминозы В₁, В₂, В₃, РР – эти витамины входят в состав ферментов, участвующих в транспорте электронов на кислород.

• Гипоксия может возникнуть: при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе; при заболеваниях легких и нарушении легочной вентиляции; при нарушениях кровообращения, вызванных заболеваниями сердца, спазмом и тромбозом сосудов, кровопотерей; при наследственных и приобретенных нарушениях структуры гемоглобина (анемии) и др.

• Протекает в микросомах эндоплазматического ретикулума.

• 10% молекулярного кислорода не является акцептором протонов Н⁺ , а непосредственно включается в молекулу субстрата;

• В процессе микросомального окисления АТФ не синтезируется.

Функции.

• Детоксикационная (обезвреживающая) функция. В реакциях микросомального окисления субстраты гидроксилируются, повышается их растворимость, что способствует их выведению или снижению их токсичности (вывод лекарственных веществ из организма, избытка холестерина и т.д.);

• Пластическая функция – синтез различных соединений:

- из холестерина образуются желчные кислоты, стероидные гормоны (гормоны коры надпочечников, половые гормоны);

- из пролина оксипролин;

- из лизина оксилизин;

- из фенилаланина тирозин и др.

В реакциях микросомального окисления участвуют ферменты- гидроксилазы (оксигеназы), которые делятся на монооксигеназы, катализирующие включение одного атома кислорода в молекулу субстрата и диоксигеназы- включение двух атомов кислорода в молекулу субстрата.

7.6.Образование токсических форм кислорода ( супероксиданион, гидроксилрадикал, пероксид водорода), их повреждающее действие. Антиоксиданты (витамины Е,А,С, убихинон и др.) и антиоксидантные ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза).

В большинстве реакций с участием молекулярного кислорода его восстановление происходит поэтапно с переносом одного электрона на каждом этапе. При одноэлектронном переносе происходит образование промежуточных высокореактивных форм кислорода.

В невозбужденном состоянии кислород нетоксичен. Образование токсических форм кислорода связано с особенностями его молекулярной структуры. О2 содержит 2 неспаренных электрона с параллельными спинами, которые не могут образовывать термодинамическую стабильную пару и располагаются на разных орбиталях. Каждая из этих орбиталей может принять ещё один электрон.

Полное восстановление О₂ происходит в результате 4 одноэлектронных переходов:

ē

О ₂ О₂ˉ - супероксид

+ē , Н⁺

О ₂^- Н₂О₂ - пероксид

+ē , Н⁺ +ē , Н⁺

Н ₂О₂ Н₂О + ОН^- 2Н₂О

гидроксильный радикал

Супероксид, пероксид и гидроксильный радикал- активные окислители, представляют серьезную опасность для многих структурных компонентов клетки.

Активные формы кислорода могут отщеплять электроны от многих соединений, превращая их в новые свободные радикалы, инициируя цепные окислительные реакции. Активные формы О₂ вызывают окисление липидов, белков мембраны клеток, ДНК, РНК. Все это приводит к разрушению клеток.

Большая часть активных форм О₂ образуется при переносе электронов в ЦПЭ, прежде всего, при функционировании QН₂– дегидрогеназного комплекса. Это происходит в результате неферментативного переноса («утечки») электронов с QН₂ на кислород.

Супероксид может образовываться:

1. При спонтанном окислении гемоглобина. В норме гемоглобин обратимо связывает кислород в оксигемоглобин, однако оксигемоглобин превращается в метгемоглобин (Fе³⁺) и супероксид О₂ˉ.

2. Вирус гриппа взаимодействует с нейтрофилами легочной ткани и образует О₂ˉ, который поддерживает воспаление, деструктивные процессы.

3. Нейтрофилы, в избытке накапливающиеся в воспаленных суставах, также образуют О₂ˉ, которые участвуют в развитии артритов.

В организме существуют защитные механизмы:

- гемсодержащие ферменты: пероксидаза, которая расщепляет Н₂О₂:

пероксидаза

Н ₂О₂ Н₂О+О

В организме существуют защитные механизмы:

- гемсодержащие ферменты: каталаза, которая расщепляет Н₂О₂:

каталаза

2 Н₂О₂ 2Н₂О + 2О₂

- супероксиддисмутаза (СД), глутатионпероксидаза, обезвреживающие О₂ˉ:

СД

2 О₂^- + 2Н⁺ 2Н₂О₂ + О₂

каталаза

2 Н₂О₂ 2Н₂О + 2О₂

- антиоксиданты, обезвреживающие свободные радикалы – витамины Е, А, С; глутатион, цистеин, биофлавоноиды, Q₁₀ , мочевая кислота, янтарная кислота, селенит натрия и др.

1.7.Углеводы, классификация: моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, и их производные (аминосахара, уроновые кислоты, фосфорные эфиры);дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза); гомополисахариды, гетерополисахариды. Химическое строение, биологическая роль.

Углеводы вместе с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами входят в состав живых организмов и определяют специфичность их строения и функционирования. На долю углеводов приходится около 75% массы пищевого рациона и более 50% от суточного количества необходимых калорий. Углеводы являются поставщиками энергии и выполняют структурную роль. Из углеводов в процессе метаболизма образуются вещества, которые служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов.

Углеводы – это альдегидо- или кетоноспирты.

Функции углеводов:

1. Энергетическая;

2. Углеводы ( рибоза, дезоксирибоза) входят в состав нуклеиновых кислот, свободных мононуклеотидов (АТФ, ГТФ, цАМФ и др.), коферментов (НАД, НАДФ, ФАД);

3. Структурная: гликопротеины – коллаген; белки-рецепторы; гликокаликс, белки определяющие принадлежность к группе крови; факторы свертывания крови; ферменты, гормоны; гликозаминогликаны и др;

4. Защитная: иммуноглобулины, интерферон, муцины, фибриноген, гликозаминогликаны и др.;

5. Дезинтоксикационная - входят в состав ФАФС (фосфоаденозинфосфосульфат) и УДФГК (уридиндифосфоглюкуроновая кислота).

Суточная потребность – 500 грамм.

Классификация:

1. Моносахариды – производные многоатомных спиртов, содержащих альдегидную или кетонную группу. В

зависимости от количества углеродных атомов моносахариды делятся на:

Истинные:

- триозы

- тетрозы

- пентозы (рибоза, дезоксирибоза)

- гексозы (глюкоза, галактоза, фруктоза) и др.

Производные моносахаридов:

- уроновые кислоты – если вместо СН₂ОН группы в 6 положении – СООН группа (у глюкозы – глюкуроновая

кислота; у галактозы – галактоуроновая кислота). Они входят в состав гликозаминогликанов;

- аровые кислоты – если в 6 и 1 положениях – СООН группы (у глюкозы – глюкаровая, у галактозы –

галактаровая);

- аминосахара – если во 2 положении – NН₂группа (у глюкозы – глюкозамин, у галактозы – галактозамин). Они

входят в состав гликозамингликанов;

- N-гликозиды (рибоза, дезоксирибоза, соединенные с азотистым основанием в нуклеотиде - N-гликозидной

связью). Входят в состав РНК, ДНК, АТФ, НАД, ФАД и др.;

- фосфорные эфиры моносахаридов – замещение атомов Н на остатки фосфорной кислоты: глюкозо-6-фосфат;

фруктозо-1,6-дифосфат; рибозо-5-фосфат и др.

2. Олигосахариды (в их состав входят от 2 до 10 остатков моносахаридов)

Дисахариды:

- мальтоза состоит из 2 молекул α-Dглюкозы, соединенных α-1,4-гликозидной связью. Она имеет свободный

полуацетальный гидроксил, обладает восстанавливающими свойствами;

- лактоза (молочный сахар) состоит из β-Dгалактозы и α-Dглюкозы соединенные β-1,4-гликозидной связью.

Имеет свободный полуацетальный гидроксил и обладает восстанавливающими свойствами.

- сахароза состоит из α-Dглюкозы и β-Dфруктозы, соединенные α-1,2-гликозидной связью. Свободного

полуацетального гидроксила не имеет, поэтому не обладает восстанавливающими свойствами.

3. Полисахариды:

- гомополисахариды (крахмал, клетчатка, гликоген);

- гетерополисахариды (гликопротеины, протеогликаны, гликолипиды).).

2.7. Особенности переваривания и всасывания углеводов у детей. Роль клетчатки. Нарушения переваривания углеводов. Мальабсорбция. Лактазная недостаточность удетей, причины, проявления. Общая схема источников и путей расходования глюкозы в организме.

Попадая в желудочно-кишечный тракт, углеводы под действием ферментов распадаются на моносахариды и всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок с помощью специальных механизмов транспорта через мембраны этих клеток (путем облегченной диффузии и активного транспорта).

В ротовой полости пища измельчается при пережевывании, смачиваясь при этом слюной, рН которой равна 6,8. Под влиянием α-амилазы слюны (эндоамилаза) происходит расщепление в крахмале α-1,4-гликозидных связей. Она не расщепляет α-1,6-гликозидные связи в крахмале, поэтому крахмал переваривается лишь частично с образованием крупных фрагментов – декстринов и небольшого количества мальтозы. α-амилаза не гидролизует гликозидные связи в дисахаридах.

В желудке действие амилазы слюны прекращается, т.к. рН желудочного сока равен 1,5-2,5. Однако, внутри

пищевого комка активность амилазы может некоторое время сохранятся, пока рН не изменится в кислую

сторону.

В 12-перстной кишке рН равна 7,5-8,0. Из поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая α-амилаза. Этот фермент также является эндогликозидазой т.к. расщепляет α-1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах. Продукты переваривания: олигосахариды, содержащие 3-8 остатков глюкозы, мальтоза, изомальтоза – дисахарид, состоящий из 2 молекул α-Dглюкозы, соединенных α-1,6-гликозидной связью. Дальнейшее их переваривание происходит в нижних отделах тонкого кишечника под действием мальтазы, изомальтазы. Дисахариды пищи сахароза и лактоза также расщепляются в тонком кишечнике сахаразой и лактазной (полостное пищеварение).

Процесс переваривания заканчивается на поверхности эпителиальных клеток кишечника (мембранное,

пристеночное пищеварение). Эпителиальные клетки покрыты микроворсинками, над которыми располагается

волокнистая сеть - гликокаликс (гликопротеин). В нем располагаются ферменты гидролизующие мальтозу,

сахарозу, лактозу, которые не расщепилисьв полости кишечника.

Скорость всасывания моносахаридов различна, глюкоза и галактоза всасываются быстрее, чем другие

моносахариды. Транспорт моносахаридов в клетке слизистой оболочке кишечника может осуществляться

различными способами: путем облегченной диффузии и активного транспорта. При высокой концентрации

глюкозы в просвете кишечника она транспортируется в клетку путем облегченной диффузии. При низкой

концентрации – глюкоза всасывается путем активного транспорта.

Механизм активного транспорта.

Глюкоза и Nа⁺ соединяются с разными участками белка-переносчика. При этом Nа⁺ поступает в клетку по градиенту концентрации и одновременно транспортируется глюкоза против градиента концентрации. Чем больше градиент Nа⁺, тем больше поступления глюкозы в энтероциты. Если концентрация Nа⁺ уменьшается, транспорт глюкозы снижается. Свободная энергия, необходимая для активного транспорта образуется благодаря гидролизу АТФ, связанному с натриевым насосом, который «откачивает» из клетки Nа⁺ в обмен на К⁺. Глюкоза соединяется с другим белком-переносчиком путем облегченной диффузии всасывается в кровь.

Мальабсорбция – группа заболеваний, связанная с нарушением:

1. переваривания углеводов в ЖКТ (дефект ферментов);

2. нарушение всасывания продуктов распада моносахаридов.

Примером первой группы заболеваний является лактазная недостаточность (дисахаридазная).

У детей различают 2 формы:

- транзиторная (до года жизни), связанная с незрелостью фермента лактазы;

- генетическая – мутация гена, ответственного за синтез фермента лактазы.

У взрослых:

- дефект лактазы вследствие экспрессии гена лактазы возрастного характера, при этом непереносимость молока у лиц африканского и азиатского происхожде6ния. Средняя частота данной формы в странах Европы – 7-12%, в Китае 80%, в отдельных районах Африки – 97% (исторически сложившийся рацион питания);

- приобретенного характера- при кишечных заболеваниях (гастриты, колиты, энтериты). Как известно, активность лактазы ниже, чем других дисахаридаз, поэтому понижение её активности становится более заметным.

Проявление во всех случаях: осмотическая диарея, которую вызывают нерасщепленные дисахариды и невсосавшиеся моносахариды, поступающие в дистальные отделы кишечника, изменяют осмотическое давление, частично подвергаются ферментативному расщеплению микроорганизмами, с образованием кислот, газов, усиливается приток воды в кишечник, увеличивается объем кишечного содержимого, увеличивается перистальтика, появляются метеоризм и боли.

3.7.Катаболизм глюкозы. Аэробный распад – основной путь катаболизма глюкозы у человека. Последовательность реакций, распространение и физиологическое значение аэробного распада глюкозы. АЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ – процесс окисления глюкозы до СО₂ и Н₂О, протекающий в присутствии кислорода. Все ферменты, катализирующие реакции находятся в цитозоле клетки.

Выделяют 2 этапа:

1. Подготовительный – глюкоза фосфорилируется и расщепляется на 2 молекулы фосфотриоз. Используются 2 молекулы АТФ.

2. Этап, сопряженный с синтезом АТФ. Фосфотриозы превращяются в ПВК, которая далее окисляется до СО₂ и Н₂О ( ЦТК). Таким образом, выход АТФ – 38 молекул.

Основное физиологическое значение – использование энергии, которая освобождается в этом процессе для синтеза АТФ. Метаболиты гликолиза используются для синтеза новых соединений (фр-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат участвуют в образовании рибозо-5-фосфата – структурного компонента нуклеозидов; 3-фосфоглицерат включается в синтез аминокислот: серин, глицин, цистеин). Являются субстратами для НАД-зависимых дегидрогеназ дых. цепи (глицеральдегид -3-фосфат, пируват, изоцитрат, α-кетоглутарат, малат). В печени и жировой ткани ацетил-КоА, образующийся из ПВК, используется как субстрат при биосинтезе жирных кислот, холестерина