ФАФС

H₂SO₃

Индол предварительно подвергается гидроксилированию.

Все эти вещества выводятся из организма с мочой. В норме реакция на индол должна быть отрицательна. При положительной реакции на индол - нарушена детоксикационная функция печени. Положительная реакция на индикан наблюдается при очень активном гниении белков в толстом кишечнике.

23. Трансаминирование и декарбоксилирование аминокислот. Химизм процессов, биологическая роль.

Трансаминирование - реакции межмолекулярного переноса аминогруппы от аминокислоты на кетокислоту без промежуточного образования аммиака. Особенности реакций трансаминирования: • протекают при участии ферментов - аминотрансфераз; • для реакций необходим кофермент – пиридоксальфосфат (ПФ); • реакции обратимы; • могут подвергаться все аминокислоты кроме лиз, тре; • в результате реакции образуются новая аминокислота и новая кетокислота.

Роль реакций трансаминирования: • синтез заменимых аминокислот. • при этом происходит перераспределение азота в органах и тканях;

•Являются начальным этапом катаболизма аминокислот.

Действие аланиновой аминотрансферазы (АЛТ):

Реакции декарбоксилирования: • отщепление альфа – карбоксильной группы аминокислот в виде углекислого газа; • при этом аминокислоты в тканях образуют биогенные амины, которые являются биологически активными веществами; • среди них могут быть соединения, которые выполняют функции: 1.) Нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК); 2.) Гормонов (адреналин, норадреналин); 3.) Регуляторов местного действия (гистамин).

ГАМК – медиатор тормозящего действия на деятельность ЦНС.

ДОФА-карбоксилаза

декарбоксилаза

О бразование дофамина: Образование серотонина:

Серотонин оказывает сосудосуживающее действие, участвует в регуляции АД, температуры тела, дыхания.

ДОФА – предшественник катехоламинов: норадреналина и адреналина.

Гистамин расширяет сосуды, участвует в секреции соляной кислоты, медиатор боли, воспаления и аллергических реакций.

Образование гистамина:

24. Дезаминирование аминокислот. Окислительное дезаминирование. Непрямое дезаминирование, биологическая роль.

Реакции дезаминирования – отщепление аминогруппы в виде аммиака.

Окислительное дезаминирование (прямое):

Протекает в клетке. Непосредственно, ему подвергается только ГЛУ.

Непрямое дезаминирование (трансдезаминирование). Если аминокислота не может дезаминироваться прямо, то она может дезаминироваться косвенно с участием пары "альфа-кетоглутарат /глутамат". Альфа-кетоглутарат может легко вступать в реакции трансаминирования с другими аминокислотами, превращаясь обратно в глутаминовую кислоту.

Это вариант дезаминирования, который протекает в две стадии: а) трансаминирование с участием альфа-кетоглутаровой кислоты; б) окислительное дезаминирование образовавшейся на первой стадии глутаминовой кислоты, именно таким путем дезаминируются большинство аминокислот живого организма.

Н еокислительное дезаминирование:

Биологическое значение реакций дезаминирования: • дезаминирование - путь распада аминокислот; • образование аммиака; • другой продукт реакций дезаминирования - альфа-кетокислота.

После идёт прямое окисление. Внутримолекулярное дезаминирование:

-NH₃

2Н⁺

Пропионовая кислота

Аланин

25. Синтез мочевины, химизм реакций, биологическая роль.

Обезвреживание аммиака: • временное обезвреживание (образование амидов дикарбоновых кислот, восстановительное аминирование альфа-кетоглутаровой кислоты); • окончательное обезвреживание аммиака (орнитиновый цикл).

• Окончательное обезвреживание аммиака - орнитиновый цикл (цикл мочевинообразования) (открыт Г.Кребсом); • Локализация - матрикс митохондрий; • Циклический процесс.

Первая реакция орнитинового цикла: • образование карбамоилфосфата путем конденсации NH₃, CO₂ и АТФ, катализируемое карбамоилфосфатсинтетазой NН₃ + СО₂ + 2АТФ + Н₂О → H₂N-СО-РО₃Н₂ + 2AДФ + Н₃РО₄

Восстановительное аминирование альфа-кетоглутарата:

Аргиназа обладает абсолютной специфичностью и содержится только в печени. В составе мочевины содержится два атома азота: один поступает из аммиака, а другой - из АСП. Образование мочевины идёт только в печени.

Две первые реакции цикла (образование цитруллина и аргининосукцината) идут в митохондриях, остальные в цитоплазме. В организме в сутки образуется 25гр. мочевины. Этот показатель характеризует мочевинообразующую функцию печени. Мочевина из печени поступает в почки, где и выводится из организма, как конечный продукт азотистого обмена.

26. Реакции образования мочевой кислоты и креатинина, химизм реакций, биологическая роль процессов.

Креатинин образуется из креатина, который в свою очередь синтезируется в печени из аминокислот, затем транспортируется в мышечную ткань, где взаимодействует с АТФ.

Образование креатинина:

Креатинфосфат активно синтезируется в покое и распадается при мышечной работе. Это наиболее быстрый способ регенерации АТФ. Креатинфосфат распадается до креатинина, который является конечным продуктом и выводится с мочой. Количество креатинина прямо пропорционально мышечной массе, поэтому у мужчин креатинина в моче больше, чем у женщин. Креатинин не реабсорбируется из первичной мочи, поэтому его количество в моче характеризует объем клубочковой фильтрации. При нарушении фильтрационной способности почек уровень креатинина в моче будет понижаться, а в крови – повышаться.

Катаболизм пуриновых нуклеотидов (образование мочевой кислоты):

Мочевая кислота является конечным продуктом распада пуриновых нуклеотидов.

Уровень мочевой кислоты будет свидетельствовать об интенсивности распада пуриновых оснований тканей организма и пищи.

27. Современные представления о структуре и функциях нуклеиновых кислот. Строение мономеров нуклеиновых кислот. Генетический код и его свойства.

Нуклеиновые кислоты – это высокомолекулярные соединения, состоящие из мононуклеотидов, т.е. их структурной единицей является мононуклеотид (нуклеотид).

Каждый нуклеотид включает 3 химически различных компонента: • моносахарид; • азотистое основание; • остаток фосфорной кислоты.

Нуклеотиды, входящие в РНК и ДНК, отличаются друг от друга по составу.

β,D-дезоксирибофураноза

β,D – рибофураноза

Углеводный компонент

Углеводный компонент

Состав РНК Состав ДНК

Фосфорная кислота

Аденин, гуанин, цитозин, тимин (А, Г, Ц,Т).

Соединение азотистого основания и пентозы называют нуклеозидом. Связь между пентозой и азотистым основанием – (β - гликозидная).

Модифицированные азотистые основания:

β-гликозидная

связь

Нуклеотиды представляют собой соединения нуклеозидов с фосфорной кислотой (связь сложно – эфирная).

β-гликозидная связь

связь

Фосфо-эфирная связь

связь

Нуклеиновые кислоты формируют: - первичную; - вторичную; - третичную структуры.

Первичная структура РНК:

Первичная структура ДНК:

Первичные структуры РНК и ДНК построены однотипно. Они представляют собой линейные полимеры – полинуклеотиды, состоящие из мононуклеотидов, соединенных 3',5' – фосфодиэфирными связями.

ОН

ОН

Вторичная структура ДНК. Молекула ДНК представляет собой правозакрученную спираль, состоящую из двух полинуклеотидных цепей с антипараллельным ходом. Это означает, что 3’-концу одной цепи соответствует 5’-конец другой цепи и наоборот.

Молекулы РНК построены из одной полинуклеотидной цепи. Отдельные участки цепи РНК образуют спирализованные петли - "шпильки", за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями А-У и Г-Ц.

Комплементарность азотистых оснований:

Третичная структура нуклеиновых кислот (суперспираль): - формируется при участии гистоновых и негистоновых белков; - обеспечивает экономную упаковку молекулы ДНК.

Биологическая роль нуклеиновых кислот. ДНК: хранение генетической информации. РНК: 1.) Хранение генетической информации у некоторых вирусов; 2.) Реализация генетической информации: иРНК (мРНК) - информационная (матричная), тРНК (транспортная), рРНК (рибосомальная); 3.) некоторые молекулы РНК способны катализировать реакции гидролиза 3’,5’-фосфодиэфирной связи в самой молекуле РНК – рибозимы.

Нуклеиновые кислоты и белки называют информационными молекулами. Последовательность нуклеотидов в ДНК определяет структуру всех белков клетки.

Участки ДНК, кодирующие определенные белки (гены), копируются в виде полинуклеотидной цепи, матричной РНК, которая затем служит матрицей для синтеза белка. Генотип Фенотип

Генетический код – способ записи информации в структуре ДНК. Свойства кода ДНК: 1.) Триплетность: 1 аминокислоту кодирует 3 нуклеотида. 2.) Вырожденность – 1 аминокислоту кодирует 1, 2, 3, 4, 6 триплетов. 3.) Однозначность – 1 триплет кодирует только 1 аминокислот. 4.) Код неперекрывающийся. 5.) Непрерывность – внутри гена нет знаков препинания. Они только между генами. 6.) Универсальность – все 5 царств имеют один и тот же код.

В виде генетического кода записана информация об одной аминокислоте. Последовательность триплетов несет информацию о последовательности аминокислот в белке.

Можно ещё посмотреть информацию в 5 вопросе на этот ответ

28. Репликация днк, условия, этапы, их характеристика.

Репликация – передача информации от ДНК к ДНК, самоудвоение ДНК (биосинтез ДНК).

Молекула ДНК, состоящая из двух спиралей, удваивается при делении клетки. Удвоение ДНК основано на том, что при расплетении нитей к каждой нити можно достроить комплементарную копию, таким образом, получая две нити молекулы ДНК, копирующие исходную.

Условия необходимые для репликации: 1.) Матрица - нити ДНК. Расщепление нити называется репликативная вилка. Она может образовываться внутри молекулы ДНК. Они движутся в разных направлениях, образуя репликативный глазок. Таких глазков в молекуле ДНК эукариот несколько, каждый имеет две вилки. 2.) Субстрат. Пластическим материалом являются дезоксинуклеотидтрифосфаты: дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ. Затем происходит их распад до дезоксинуклеотидмонофосфатов, двух молекул фосфата неорганического с выделением энергии, т.е. они одновременно являются источником и энергии, и пластического материала. 3.) Ионы магния. 4.) Репликативный комплекс ферментов. а) ДНК – раскручивающие белки: - DNA-A (вызывает расхождение нитей); - хеликазы (расщепляют цепь ДНК); - топоизомеразы 1 и 2 (раскручивают сверх спирали). Разрывают (3',5')-фосфодиэфирные связи. Топоизомераза 2 у прокариот называется гираза. б) Белки, препятствующие соединению нитей ДНК (SSB-белки). в) ДНК-полимераза (катализирует образование фосфодиэфирных связей). ДНК-полимераза только удлиняет уже существующую нить, но не может соединить два свободных нуклеотида. г) Праймаза (катализирует образование «затравки» к синтезу). Это по своей структуре РНК-полимераза, которая соединяет одиночные нуклеотиды. д) ДНК-лигаза. 5.) Праймеры - «затравка» для репликации. Это короткий фрагмент, состоящий из рибонуклеотидтрифосфатов (2 - 10). Образование праймеров катализируется праймазой.

Этапы репликации: 1.) Инициация (образование репликативной вилки); 2.) Элонгация (синтез новых нитей); 3.) Исключение праймеров; 4.) Терминация (завершение синтеза двух дочерних цепей).

Инициация репликации: - регулируют сигнальные белковые молекулы – факторы роста; - обеспечивают ферменты и специальные белки.

Необходимые ферменты: • ДНК-топоизомеразы - ферменты раскручивающие суперспирали ДНК. • ДНК-хеликаза – осуществляет разрыв водородных связей в молекуле двухцепочечной ДНК. • В результате образуется репликативная вилка (репликативный глазок).

Белки, связывающиеся с одноцепочечными нитями ДНК, связываются с одноцепочечными ДНК и препятствуют их комплементарному соединению.

Элонгация репликации. Субстратами синтеза являются дезоксинуклеозидтрифосфаты, выполняющие роль строительного материала и источников энергии.

Необходимые ферменты: • ДНК-праймаза, который катализирует синтез коротких молекул РНК-затравок для ДНК-полимеразы. • ДНК-полимераза обеспечивает включение в растущую «новую» цепь нуклеотидов комплементарных «старой», то есть матричной цепи.

Синтез новых цепей ДНК может протекать только в направлении от 5’-конца в сторону 3’-конца. На одной цепи ДНК синтезируется непрерывно «лидирующая» цепь, а на другой образуются короткие фрагменты - «запаздывающая» цепь (фрагменты Оказаки).

После удаления праймеров ДНК-лигаза сшивает короткие фрагменты Оказаки между собой (терминация).

Информация передается матричным способом. Полуконсервативный механизм репликации ДНК.

Точка сшивки фрагментов Оказаки

ДНК-полимераза β застраивает брешь

РНК-затравка (праймер)

Растущий фрагмент Оказаки

Синтез отстающей цепи

Синтез лидирующей цепи

3’

5’

3’

5’

РНК-затравка (праймер)

Растущий фрагмент Оказаки

Синтез лидирующей цепи

Синтез отстающей цепи

3’

3’

5’

5’

29. Транскрипция, условия и этапы транскрипции, их характеристика.

• Передача информации с ДНК на РНК (биосинтез РНК). • Первая стадия реализации генетической информации в фенотипические признаки. • Транскрипции, в отличие от репликации, подвергаются только определённые части молекулы ДНК. • Эта часть называется транскриптон - фрагмент ДНК, транскрибируемый в РНК.

Строение транскриптона:

Синтез молекул РНК начинается в определённых последовательностях (сайтах) ДНК, которые называют промоторы, и завершается в терминирующих участках (сайты терминации).

Условия транскрипции: 1.) Матрица - 1 нить ДНК. Образуется транскрипционный глазок; 2.) Структурные компоненты - рибонуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ). Они будут распадаться до монофосфатов с выделением энергии; 3.) Mg²⁺; 4.) Белковые факторы транскрипции; 5.) РНК-полимераза-I (пре-рРНК), РНК-полимераза-II (пре-мРНК), РНК-полимераза-III (пре-тРНК).

Этапы транскрипции: 1.) Инициация (начало); 2.) Элонгация (продолжение); 3.) Терминация (окончание); 4.) Процессинг (созревание РНК).

Инициация транскрипции: • Заключается в присоединении РНК-полимеразы к промотору, что приводит к расхождению нитей ДНК. • Импульсом к присоединению РНК-полимеразы является присоединение TATA-фактора (TBP).

TBP – TATA-Binding Protein.

ТАТА-фактор индуцирует присоединение нескольких TAF-белков (TBP-Associated Factors).

Инициация транскрипции:

• TBP + TAF общие факторы транскрипции; • Комплекс TBP + TAF = TFIID (Transcriptional Factor D for polymerase II); • Более тонкая регуляция транскрипции осуществляется прочими транскрипционными факторами, синтез большей части которых является индуцируемым.

Факторы инициации вызывают изменение конформации РНК-полимеразы и обеспечивают раскручивание примерно одного витка спирали ДНК, т.е. образуется транскрипционная вилка. После того как синтезирован олигонуклеотид из 8-10 нуклеотидных остатков, от РНК-полимеразы отделяется σ-субъединица, а вместо неё к молекуле фермента присоединяются несколько факторов элонгации. Факторы элонгации повышают активность РНК-полимеразы и облегчают расхождение цепей ДНК.

Элонгация. Соединение монорибонуклеотидов и образование фосфодиэфирных связей между нуклеотидами с помощью фермента РНК-полимеразы, который передвигается вдоль нити ДНК. Присоединение рибонуклеотидов идет в соответствии с принципом комплементарности в направлении от 5’-конца к 3’-концу синтезируемой цепи РНК. Синтез идёт со скоростью 30 – 50 нуклеотидов в секунду, пока не дойдёт до Т-зоны.

Терминация. После действия фактора терминации (у прокариот) и в строго определенных участках матрицы (богатых ГЦ у эукариот) транскрипция заканчивается. Образуется предшественник мРНК (пре-мРНК) - транскрипт и происходит его химическая модификация - процессинг (созревание РНК).

Процессинг (созревание РНК): - полиаденилирование. Со стороны 3'-конца образованной РНК присоединяется множество (до 200 - 300) адениловых нуклеотидов. Адениловые нуклеотиды защищают 3'-конец от действия экзонуклеаз. – кэпирование. С 5'-конца образуется защита, так называемый «САР» (чаще всего 7-метил-ГТФ). Образуется точная копия гена. Эта образовавшаяся копия гена называется транскрипт. - удаление неинформативных участков – интронов и соединение кодирующих участков - экзонов – между собой (сплайсинг). мРНК + информатин = информосома. Транспорт мРНК из ядра в цитоплазму.

Ковалентная модификация концов транскрипта:

Сплайсинг: Схема альтернативного сплайсинга:

К акцепторному участку присоединяется аминокислота, соответствующая данной тРНК. Антикодоновая петля имеет триплет нуклеотидов - антикодон, способный узнавать определенный кодон мРНК и присоединяться к нему по принципу комплементарности. В состав антикодона часто входит инозин, который может образовывать комплементарные пары 1 с цитидином, аденозином и уридином. Благодаря этому, антикодон может узнавать не один, а несколько кодонов мРНК, соответствующих одной и той же аминокислоте. Таким образом, устраняется необходимость в 61-ом виде тРНК (по числу значащих кодонов мРНК). Например, три кодона глицина: ГГУ, ГГЦ, ГГА - узнаются одним антикодоном ЦЦИ (И - инозин). Считается, что псевдоуридиловая петля участвует в связывании тРНК с рибосомой. Дигидроуридиловая петля - требуется для присоединения к тРНК фермента аминоацил-тРНК-синтетазы. Функция добавочной (вариабельной) петли остается не вполне ясной.

Рис.1:

30. Трансляция, условия, этапы трансляции и их характеристика. Котрансляционный и посттрансляционный процессинг белка. Трансляция (лат.: translatio - передача) - процесс преобразования генетического текста мРНК (иРНК) в последовательность аминокислот полипептидной цепи. Для процесса трансляции (собственно биосинтеза белка) необходимы: 1.) Аминокислоты (20 видов). 2.) тРНК (в цитоплазме эукариот известно 50 видов). Транспортные РНК выполняют функцию адапторов, т.е. опосредуют соответствие между последовательностью кодонов мРНК и последовательностью аминокислот в полипептиде. Адапторная функция тРНК обусловлена их строением (рис.1). В тРНК имеются: акцепторный участок, антикодоновая петля, псевдоуридиловая петля, дигидроуридиловая и добавочная петли.

Псевдоуридиловая петля

Дигидроуридиловая петля

Добавочная петля

Антикодоновая петля

Акцепторный участок

3.) Аминоацил-тРНК-синтетазы (20 видов). Данные ферменты обеспечивают связывание аминокислоты с акцепторным участком соответствующей ей тРНК. 4.) мРНК. Следует отметить, что мРНК у эукариот, в ходе процессинга приобретает т.н. кэп (от англ.: сap - шапка, кепка). Кэп присоединен со стороны 5` конца мРНК и представлен метил-ГТФ. Кэп имеет большое значение в процессе связывания эукариотической мРНК с рибосомой. 5.) Рибосомы (белково-синтетический аппарат клетки). Рибосомы состоят из двух субъединиц - малой и большой, содержащих рибосомальную РНК (рРНК) и около 80 различных белков. Рибосомы прокариот и эукариот отличаются по размерам. Для эукариот характерны более крупные рибосомы - 80S, состоящие из 40S (малой) и 60S (большой) субъединиц. Для прокариот - 70S, включающие 30S и 50S субъединицы. 6.) Энергия фосфатных связей АТФ, ГТФ. 7.) Mg²⁺. 8.) Белковые факторы (кэп-связывающие белки, факторы инициации трансляции, элонгации, высвобождения).

а) Инициация; б) Элонгация; в) Терминация.

Этапы биосинтеза белка: 1.) Рекогниция; 2.) Трансляция; 3.) Биосинтез белка.

Характеристика биосинтеза белка в эукариотических клетках.

Рис.2:

Рекогниция (распознавание, активация15 аминокислот) - процесс связывания молекулы тРНК с соответствующей ей аминокислотой. При участии аминоацил-тРНК-синтетазы, Mg2+ и энергии двух фосфатных связей АТФ образуется сложноэфирная связь между ОН-группой 3`-концевого аденозина и карбоксильной группой аминокислоты. а) Инициация - начало процесса трансляции. Данный этап наиболее сложен, он включает в себя несколько фаз: - подготовка рибосомы к трансляции. 80S рибосома, при участии белкового фактора инициации - 3 (ФИ-3), разделяется на малую и большую субъединицы (рис.2). Малая (40S) субъединица рибосомы и ФИ-3 образуют комплекс.

40S*ФИ-3 + 60S

80S + ФИ-3

+

+

- подготовка мРНК к трансляции. К мРНК, которая, как уже отмечалось, кэпирована, присоединяются кэп-связывающие белки (КСБ). В дальнейшем эти белки будут участвовать в связывания мРНК с рибосомой. - подготовка инициаторной аа-тРНК. Кодон мРНК эукариот, с которого начинается считывание информации (стартовый кодон), представлен триплетом АУГ. Данный триплет соответствует аминокислоте мeтионину. Поэтому, в качестве инициаторной аа-тРНК выступает метионил-тРНК (мет-тРНК). Подготовка инициаторной мет-тРНК включает присоединение к ней белкового фактора инициации - 2 (ФИ-2) и ГТФ. - образование инициирующего комплекса. Происходит соединение инициаторной мет-тРНК с 40S рибосомы. Способствует образованию комплекса - ФИ-3. - связывание мРНК с инициирующим комплексом. Для связывания требуется белковый фактор инициации - 1 (ФИ-1) и энергия АТФ. Кэп и КСБ обеспечивают присоединение инициирующего комплекса именно к 5`-концу мРНК. При этом стартовый кодон мРНК несколько удален от присоединившегося комплекса. - поиск стартового кодона (метионина; АУГ) и комплементарное взаимодействие с ним антикодона инициаторной аа-тРНК (мет-тРНК). Происходит перемещение 40S субъединицы рибосомы в направлении 3`-конца мРНК до тех пор, пока не обнаруживается стартовый кодон - АУГ, с которым взаимодействует антикодон мет-тРНК. - формирование на мРНК 80S-рибосомы. Большая субъединица рибосомы (60S) присоединяется к малой (40S) только после нахождения кодона АУГ (т.е. после фазы 6). Присоединение 60S рибосомы сопровождается гидролизом ГТФ, находившегося в составе инициирующего комплекса, высвобождением белковых факторов инициации и КСБ. В образованной 80S рибосоме выделяют два участка (сайта): пептидильный (место, в котором осуществляется образование пептидных связей) - Р-участок и аминоацильный (место присоединения аа-тРНК) - А-участок. В завершение инициации мет-тРНК занимает область Р-участка, А-участок - свободен. После этого начинается элонгация.

б) Элонгация (продолжение трансляции) включает три последовательные фазы: - присоединение к следующему кодону мРНК соответствующей ему аа-тРНК. Белковый фактор элонгации - 1 (ФЭ-1) образует комплекс с ГТФ и молекулой аа-тРНК, что обусловливает присоединение аа-тРНК к рибосоме. Взаимодействие происходит в А-участке рибосомы и обеспечивается энергией ГТФ. Антикодон аа-тРНК комплементарно связывается с кодоном мРНК. - пептизация с формированием пептида в А-участке и освобождением Р-участка рибосомы от предыдущей аа-тРНК. Аминогруппа новой аа-тРНК (поступившей в А-участок) и карбоксильная группа предыдущей аа-тРНК (находящейся в Р-участке) образуют пептидную связь. Реакция обеспечивается пептидилтрансферазой - ферментом 60S рибосомы, который катализирует процесс образования пептидной связи, а также разрыв сложноэфирной связи между тРНК и аминокислотой Р-участка. При этом растущий пептид в виде пептидил-тРНК оказывается в А-участке. В Р-участке находится тРНК, освободившаяся от аминокислоты, которая быстро покидает рибосому. В результате фазы пептизации: Р-участок свободен, но занят А-участок, необходимый для присоединения следующей аа-тРНК. Эта проблема решается с помощью следующей фазы этапа элонгации. - транслокация. При транслокации происходит перемещение рибосомы (но не пептидил-тРНК) на один кодон в направлении 3`-конца мРНК. А-участок рибосомы становится свободным, а в Р-участке теперь находится пептидил-тРНК (осуществляется внутририбосомный переход пептидил-тРНК). Для транслокации необходимы: белковый фактор элонгации - 2 (ФЭ-2) и энергия ГТФ. Таким образом, освобождение А-участка делает возможным новый цикл элонгации с присоединением следующей молекулы аа-тРНК (аа2-тРНК), соответствующей следующему кодону мРНК. Когда в А-участке рибосомы появляется кодон мРНК, не имеющий смысла (нонсенс или терминирующий кодон), дальнейшее удлинение полипептидной цепи становится невозможным. Элонгация прекращается и наступает терминация.

в) Терминация. Терминирующий кодон распознается специальными белковыми факторами высвобождения (R-факторы, от англ.: to release - освобождать). Название данных факторов обусловлено тем, что в результате их действия из рибосомы высвобождаются полипептид, тРНК и мРНК. Гидролиз сложноэфирной связи между полипептидом и тРНК осуществляет фермент пептидилтрансфераза. На этапе терминации затрачивается энергия одной фосфатной связи ГТФ.

Процессинг белка. Большинство синтезированных полипептидов являются предшественниками соответствующих белков или пробелками (препробелками), поэтому требуется их созревание - процессинг белка. Процессинг белка включает совокупность изменений в структуре того или иного полипептида, заканчивающихся формированием структурно и функционально зрелой белковой молекулы. К наиболее распространенным типам химической модификации полипептидов, относятся: - ограниченный протеолиз: а) отщепление N-концевой аминокислоты (метионина); б) отщепление пептидного фрагмента; - ацетилирование; - фосфорилирование; - гликозилирование (присоединение углеводного компонента); - гидроксилирование (пролина, лизина); - окисление аминокислот; - образование четвертичной структуры. Процессинг может быть котрансляционным (химическая модификация происходит при незаконченном синтезе полипептида, т.е. во время элонгации) и посттрансляционным (процессинг осуществляется после завершения этапа терминации). Для процессинга конкретного белка характерен определенный тип модификации, или определенный вариант сочетания этих типов. Например, в процессинге коллагена задействованы ограниченный протеолиз, реакции гликозилирования и гидроксилирования, а также - формирование 4-ой структуры.

Адресование белков.

Синтезированные пробелки (полипептиды) или сформировавшиеся зрелые белки должны быть правильно размещены в клетке или выделены из нее на экспорт. Распределением белков (направлением их по заданному адресу) управляют механизмы адресования белков. Эти механизмы достаточно сложны и для каждого белка имеют свои особенности. Однако, существуют и общие черты в процессах адресования различных белков. В структуре полипептидной цепи выделяют сигнальный участок, который содержит условный адрес размещения данного белка. Функцию сигнального участка выполняет фрагмент аминокислотной последовательности белка. В зависимости от аминокислотного состава сигнального участка, белок направляется в какой-либо компартмент клетки. Например, неполярные аминокислотные остатки сигнального участка обеспечивают транспорт белка в липидный бислой мембран, полярные - способствуют распределению белка в цитоплазму клетки. Сигнальный участок данного белка распознается только на том внутриклеточном элементе, в который белок должен поступить (адресоваться), что во многом определяет специфичный для органеллы набор белков. Адресование и процессинг белка тесно связаны. Такая взаимосвязь четко прослеживается на примере биосинтеза инсулина. Инсулин - гормон, являющийся низкомолекулярным белком, синтезируется в виде препроинсулина (110АК). Препроинсулин имеет гидрофобный сигнальный участок, который адресует его в эндоплазматический ретикулум. В эндоплазматическом ретикулуме этот сигнальный участок отщепляется и образуется проинсулин. Проинсулин подвергается дальнейшему процессингу: протеазы отщепляют внутренний сегмент одноцепочечной молекулы проинсулина и образуются две цепи (21 АК и 30 АК), соединенные дисульфидными связями, - это структура функционально зрелого белка инсулина (51 АК), который выделяется в кровь. Существуют механизмы повышения эффективности трансляции: - многократная трансляция на рибосоме одной и той же мРНК. Матричный полинуклеотид может повторно использоваться для синтеза полипептидной цепи. Таким образом, несколько копий полипептида тиражируются с одной РНК-матрицы, что экономит ресурсы, требующиеся для синтеза мРНК. - параллельная трансляция одной мРНК на нескольких рибосомах. Образуется комплекс нескольких рибосом с одной мРНК, который называется полисомой. Образования полисомы происходит постепенно. После того, как в ходе трансляции рибосома с образующимся пептидом передвинулась от 5`-конца мРНК на расстояние не менее 80 нуклеотидов, на 5`-конце начинается параллельная трансляция (инициация, элонгация) следующей рибосомой. Теперь уже две рибосомы передвигаются по мРНК и каждая из них синтезирует по молекуле одного и того же полипептида. Затем, по аналогии, начинается трансляция с использованием третьей рибосомы и так далее. Количество рибосом в полисоме определяется длиной мРНК, т.к. в связи с большими размерами рибосом минимальное расстояние между ними на мРНК составляет 80 нуклеотидов. - многократное использование одной и той же мРНК для параллельной трансляции на нескольких рибосомах. Данный механизм сочетает в себе как повторное использование мРНК, так и параллельную трансляцию в полисоме. Этим сочетанием достигается наиболее значительное повышение выхода полипептидов-копий в расчете на 1 молекулу мРНК.

Схемки к этому вопросу смотрите в лекции «Трансляция», которую я кинул в беседу

31. Регуляция биосинтеза белка у эукариотов.

Регуляция биосинтеза белка у эукариот на уровне структурной организации генома: а) Структурная и химическая модификация генома: 1.) Упаковка хроматина (эухроматин-гетерохроматин). 2.) Конформационные переходы вторичной структуры ДНК на отдельных участках. 3.) Химическая модификация белков хроматина (ацетилирование, фосфорилирование, метилирование, гликозилирование, АДФ-рибозилирование, сумоирование, убиквитинирование). 4.) Метилирование (деметилирование) ДНК. б) Изменение количества генов: 1.) Амплификация – увеличение копий гена.

ДНК

2.) Потеря генетического материала. в) Перестройка генов – обмен фрагментами ДНК между различными генами или объединение генов из разных источников.

Роль упаковки хроматина. В ядрах дифференцированных клеток ДНК упакована очень плотно и недоступна для транскрипции, тогда как в участках эухроматина, имеющего рыхлую упаковку, доступна для РНК-полимеразы. В разных типах клеток в область эухроматина попадают различные гены, транскрибируются различные гены. Конформационные переходы вторичной структуры ДНК на отдельных участках. Переход правозакрученной спирали в левозакрученную на участках, богатых ГЦ, является сигналом для экспрессии некоторых генов. Химическая модификация белков хроматина. Гистоновые и негистоновые белки образуют прочные связи с ДНК, препятствуют использованию ДНК в процессах репликации и транскрипции. Ковалентная модификация изменяет заряд и другие свойства ядерных белков и может уменьшить или увеличить их взаимодействие с ДНК. Например, присоединение остатков уксусной кислоты к аминогруппам лизина (ацетилирование) в гистонах уменьшает положительный заряд этих белков, благодаря чему гистоны отсоединяются от ДНК и может происходить считывание информации. Поэтому ацетилирование гистонов усиливает скорость транскрипции. Метилирование ДНК. ДНК-метилазами остатков цитозина в районах с высоким содержанием цитозина и гуанина. Такие участки локализуются в промоторах. Метилирование приводит к временной инактивации гена и блокировке его транскрипции. Однако конечный биологический результат определяется функцией гена. Если метилируется ген белка-активатора, то торможение определенной функции клетки, если белка-репрессора, то это усиливает определенную функцию. Существует и обратный процесс - деметилирование, но метилирование некоторых генов является необратимым (генов, которые функционируют во время эмбриогенеза, а затем не нужны). Амплификация. Термин обозначает увеличение числа копий определенного гена, которое достигается многократным синтезом участка ДНК в одном и том же репликационном пузыре. В результате амплификации возможна транскрипция одновременно с нескольких копий гена. Как следствие - растёт количество соответствующей мРНК и увеличивается синтез данного белка. Например, при лечении онкологических больных метотрексатом нередко наблюдается устойчивость к данному препарату. Оказывается, происходит амплификация гена дигидрофолатредуктазы - фермента, который является точкой приложения метотрексата. Поэтому, не смотря на высокую дозировку, препарат теряет эффективность. Потеря генетического материала. Редкий способ регуляции, кот проявляется потерей ядра при дозревании эритроцитов или потерей части генетического материала при дозревании лимфоцитов. Перестройка генов. Процессы перемещения генов имеют место в В-лимфоцитах, гены которых кодируют образование иммуноглобулинов.

Перестройка генов (рекомбинации): • Механизм включает разрезание ДНК и включение инородных фрагментов (транспозонов) из другого локуса или хрмосомы. • Способность транспозонов встраиваться в молекулы ДНК определяется наличием на их концах особенных фрагментов – инсерционных последовательностей нуклеотидов. • Обмен идентичными участками между гомологичными хромосомами во время мейоза – кроссинговер.

Регуляция биосинтеза белка у эукариот на уровне транскрипции: а) Регуляция транскрипции сигналами: 1.) Усилителями транскрипции, их роль выполняют энхансерные регуляторные участки ДНК, усиливающие активность промоторов (энхансеры). 2.) «тушителями» транскрипции – регуляторными участками ДНК, подавляющими активность промотора – сайленсерами. б) Регуляция факторами транскрипции.

Регуляция на уровне транскрипции. РНК-полимераза не может самостоятельно индуцировать транскрипцию. Для ее активации необходимо большое число белков (факторов транскрипции), которые объединяются в комплекс. В комплекс входят 4 группы белков: базальные факторы транскрипции, коактиваторы, активаторы транскрипции и репрессоры транскрипции.

Регуляция сигналами. Энхансер: • генетический регуляторный элемент; • участок ДНК, состоящий из коротких повторяющихся последовательностей нуклеотидов; • способный связываться с регуляторными молекулами (белками); • расположенный на той же молекуле, что и контролируемые гены; • обладающий усиливающим транскрипцию действием, которое не зависит от расположения относительно контролируемого гена; • увеличивает эффективность транскрипции в десятки и сотни раз; • энхансер способен оказывать свое влияние на значительном расстоянии от старта транскрипции; • энхансер является своеобразной матрицей для сборки сложных белковых комплексов, которые обеспечивают высокоспецифичные белок-белковые взаимодействия и передачу регуляторных сигналов РНК-полимеразе, находящейся в составе инициаторного комплекса транскрипции.

Механизмы действия энхансеров: • взаимодействие энхансера с белками может менять конформацию петли ДНК, локально структуру хроматина; • создается возможность непосредственного взаимодействия районов промотора и энхансера, связанного с белками, в результате сгибания молекулы ДНК. Кроме того: • ко-активаторы (прямо не связываются с ДНК, а взаимодействуют с белками, связанными с энхансерами); • белок-белковые взаимодействия между факторами, связанными с энхансерами и компонентами транскрипционного комплекса приводят к образованию больших и мощных транскрипционных комплексов; • белки, связанные с энхансерами, могут влиять на ковалентную модификацию белков транскрипционного комплекса и гистонов, изменяя их активность; • могут изменять структуру хроматина, влияя на компактизацию ДНК; • могут влиять на перемещение подконтрольных им промоторов в такие отделы ядра, где содержатся высокие концентрации факторов транскрипции.

• район действия энансера ограничивают специальные пограничные элементы, которые назвали инсуляторами, в переводе – изоляторами; • инсуляторы - регуляторные элементы, которые блокируют взаимодействие между энхансером и промотором, если находятся между ними; • этот элемент действует, как нейтральный, т.е. не участвующий в активации или репрессии транскрипции.

Сайленсер: • регуляторный участок ДНК; • подавляет активность промотора; • действие может зависеть или не зависеть от ориентации и расстояния до промотора; • подавление транскрипции происходит путем разрушения транскрипционного комплекса на промоторе или его инактивации другими способами; • регуляторные белки, связывающиеся с сайленсерами, вступают в белок-белковые взаимодействия с РНК-полимеразой и факторами транскрипции, осуществляя негативную регуляцию транскрипции; • белки, не взаимодействующие непосредственно с участками ДНК, но также подавляющие транскрипцию – ко-репрессоры.

Регуляция факторами транскрипции. Многие факторы транскрипции активируют гены в определенных тканях в ответ на действие специфического фактора, например гормона. Включение фактора транскрипции достигается путем тканеспецифического синтеза соответствующего белкового фактора или регулируемой активации белка-предшественника фактора транскрипции в определенном месте в заданное время. Регуляция биосинтеза белка у эукариот на уровне процессинга мРНК: а) Разрешение или запрещение процессинга. б) Дифференциальный процессинг: - альтернативный сплайсинг; - редактирование мРНК (замена 1 или нескольких азотистых оснований в зрелой мРНК с изменением смысла кодона).

Существуют 2 общих типа контроля процессинга мРНК. Первый тип контроля основан на принятии решения о том, какие именно из первичных транскриптов вообще подлежат процессингу, второй - дифференциальный процессинг. В ядре содержится значительно больший набор первичных транскриптов, чем соответствующих мРНК в цитоплазме. Очевидно, часть транскриптов не подвергается процессингу, но механизм принятия решения, какие именно транскрипты должны созреть, а какие нет, не известен.

Регуляция биосинтеза белка у эукариот на уровне стабильности и активности мРНК: а) Образование информосом: мРНК + белки информатины = мРНК неактивна. б) РНК-интерференция: способ подавления экспрессии генов (сайлесинг) в результате комплементарного соединения малой интерферирующей РНК с иРНК, что индуцирует специфическое разрушение гомологичной иРНК рибонуклеазами. Чем длительнее мРНК в активном состоянии, тем больше молекул белка на ее основе. Процесс образования и распада информосом контролируется гормонами. РНК-интерференция: • защита от вирусов; • контроль активности транспозонов; • регуляция активности генов в процессах развития и дифференцировки.

Регуляция биосинтеза белка у эукариот на уровне трансляции: а) Тотальная репрессия или активация трансляции. б) Избирательная дискриминация мРНК (трансляция только вирусной РНК, РНК-интерференция у млекопитающих). в) Трансляция с альтернативного стартового кодона.

Регуляция биосинтеза белка у эукариот на уровне процессинга белка: а) Регуляция химической модификацией полипептида. б) Регуляция фолдинга.

Элиминация неправильно свернутых белков. Неправильное сворачивание белков – распространенный клеточный феномен. В клетке существует система борьбы с неправильно свернутыми белками. Белки с нарушенной конформацией подвергаются деградации (разрушению). Элиминация таких белков происходит в несколько стадий: 1.) Сумо-лигаза распознает неправильно свернутые белки и присоединяет к ним белки СУМО в виде полимерных цепей. 2.) Сумоилированные белки распознаются убиквитин-лигазой, которая присоединяет к ним полиубиквитиновые цепи. 3.) Последние распознаются протеасомой, внутри которой происходит протеолиз – деградация белка. На деградацию направляются лишь белки, помеченные полимерными цепями СУМО и убиквитина, в то время как присоединение 1 молекулы служит сигналом для направления белка на рефолдинг, либо в определенную часть клетки (адресование), например в ядро, либо влияет на активность белка.

Нарушения фолдинга и деградации белков (конформационные заболевания): • Прионовые заболевания; • Медленные нейро-дегенеративные заболевания (болезни Альцгеймера, Паркинсона, Гетингтона, боковой амиотрофический склероз, спинномозговые атаксии); • Синдром Марфана; • Злокачественные опухоли.

Неправильно свернутые и неэлиминированные белки: • как правило, имеют большие участки с β-складчатой структурой, в которой гидрофобные аминокислоты расположены снаружи, поэтому такие молекулы имеют склонность к прочному слипанию; • образуют нерастворимые отложения в клетках (агресомы); • аргесомы нарушают работу шаперонов, цитоскелета, микротрубочек; • клетка не может функционировать и гибнет.

Изменение фолдинга белка, который называют прионом, лежит в основе вялотекущих заразных губчатых энцефалопатий. Эти заболевания объединяют термином – прионовые. Ген прионового белка имеется у всех млекопитающих.

Прионовые заболевания (губчатые энцефалопатии): 1.) Куру (каннибалы племени форе, Новая Гвинея; «хохочущая смерть»); 2.) Скрепи («почесуха» овец); 3.) Губчатая энцефалопатия норок, коров («коровье бешенство»), оленей; 4.) Синдром Крейцфельда – Якоба; 5.) Синдром Герштмана-Штресслера-Шейнкера; 6.) Семейная фатальная бессонница.

32. Механизмы регуляции биосинтеза белка у прокариотов.

Регуляция биосинтеза белка у прокариот Функциональные отделы в ДНК прокариот: Ф. Жакоб и Ж. Моно (1961г.):

Общие принципы регуляции активности генов в оперонах разработали Франсуа Жакоб и Жак Моно (1961; Нобелевская премия 1965). Согласно концепции Жакоба–Моно, единицей регуляции активности генов у прокариот является оперон. Транскрипция группы структурных генов, регулируется двумя элементами – геном-регулятором и оператором. Оператор часто локализуется между промотором и структурными генами; ген-регулятор может локализоваться рядом с опероном или на некотором расстоянии от него. Если продуктом гена-регулятора является белок-репрессор, его присоединение к оператору блокирует транскрипцию структурных генов, препятствуя присоединению РНК-полимеразы к специфичному участку – промотору, необходимому для инициации транскрипции. Напротив, если белком-регулятором служит активный апоиндуктор, его присоединение к оператору создает условия для инициации транскрипции. В регуляции работы оперонов участвуют также низкомолекулярные вещества – эффекторы, выступающие как индукторы либо корепрессоры структурных генов, входящих в состав оперонов. Различают индуцируемые (включаемые) (лактозный оперон) и репрессируемые (выключаемые) (триптофановый, гистидиновый) опероны в зависимости от типа влияния на их работу молекул-эффекторов. У индуцируемых оперонов эффектор присоединяется к белку-репрессору и блокирует его связывание с оператором, препятствуя транскрипции структурных генов. Такой тип регуляции работы оперона называют негативным. При негативном контроле эффектор, являющийся корепрессором, присоединяется к неактивному репрессору и активирует его. В результате репрессор приобретает способность присоединяться к оператору и тем самым блокировать транскрипцию оперона. Таким образом, при негативном контроле эффектор связывается с репрессором, что приводит к его инактивации либо активации и соответственно индуцирует либо репрессирует транскрипцию оперона. Наряду с этим, индуцируемые опероны могут находиться под позитивным контролем регуляции, при котором эффектор связывается с регуляторным белком и активирует его. Активный апоиндуктор присоединяется к оператору, что обеспечивает возможность транскрипции оперона. Оба типа контроля регуляции действуют и в отношении репрессируемых оперонов. При позитивном контроле функционирования репрессируемого оперона корепрессор связывается с активным апоиндуктором. Такой комплекс не может при соединяться к оператору, и структурные гены не транскрибируются. При позитивном контроле эффектор присоединяется не к репрессору, а к апоиндуктору, что разрешает, или, напротив, блокирует транскрипцию в зависимости от того, какую форму (активную или неактивную) приобретает апоиндуктор в результате связывания с эффектором. Поскольку при транскрипции оперона, состоящего из нескольких структурных генов, образуется один общий транскрипт в виде молекулы полицистронной мРНК, все эти гены экспрессируются координировано. Следует добавить, что транскрипция может осуществляться с разных промоторов. Различают сильные промоторы, к которым РНК-полимераза присоединяется сравнительно легко, и слабые промоторы, к которым РНК-полимераза присоединяется только с помощью вспомогательных частиц (их обычно обозначаются символом σ). Чем больше промоторов задействовано в процессе транскрипции, тем больше образуется РНК. Точно также существуют терминаторы с различной степенью сродства к РНК-полимеразе. От одних терминаторов РНК-полимераза отсоединяется без особых затруднений, а от других – с помощью вспомогательных частиц (их обычно обозначают символом ρ).

Биологическое значение оперонов. С одной стороны, оперонная организация дает преимущество с точки зрения регуляции генов, объединенных функционально. Однако оперонная организация не отражает генезиса генов, так как гены в оперонах не являются родственными по происхождению. Поэтому для клетки проблема скорее заключается в том, чтобы дифференцировать действие единой регуляторной системы на каждый отдельный ген. Объединение функционально близких генов в опероны, видимо, постепенно сложилось в эволюции бактерий по той причине, что у них перенос генетической информации обычно осуществляется небольшими порциями (например, при трансдукции или посредством плазмид). Значение имеет само по себе сцепление функционально родственных генов, что позволяет бактериям приобретать необходимую функцию в один этап.

33. Основные углеводы организма человека, классификация, биологическая роль. Переваривание и всасывание углеводов в органах пищеварительной системы.

Углеводы - это полиоксикарбонильные соединения и их производные. Основными углеводами организма человека являются: 1.) Моносахариды (глицеральдегид, диоксиацетон, эритроза, рибоза, дезоксирибоза, рибулоза, ксилулоза, глюкоза, галактоза, фруктоза, манноза, арабиноза и др.);

2.) Олигосахариды (дисахариды: мальтоза, лактоза, сахароза);

3.) Гомополисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка (целлюлоза)); 4.) Гетерополисахариды (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, дерматансульфат, кератансульфат, гепарин). Биологическая роль углеводов: 1.) Энергетическая. При окислении 1г углеводов до конечных продуктов (СО₂ и Н₂О) выделяется 4,1ккал энергии. На долю углеводов приходится около 60-70% всей суточной калорийности пищи. 2.) Структурная. Углеводы используется как строительный материал для образования структурных компонентов клеток (гликолипиды, гликопротеины, гетерополисахариды межклеточного вещества). 3.) Резервная. Углеводы откладываются в клетках в виде резервного полисахарида гликогена. 4.) Защитная. Гиалуроновая кислота, входя в состав соединительной ткани, препятствует проникновению чужеродных веществ. Гетерополисахариды участвуют в образовании вязких секретов покрывающей слизистые оболочки дыхательных путей, мочевыводящих путей, пищеварительного тракта, предохраняя их от повреждений. 5.) Регуляторная. Некоторые гормоны гипофиза являются гликопротеинами. 6.) Сигнальная. Участвуют в процессах узнавания клеток. Важная роль при этом отводится сиаловым кислотам и нейраминовой кислоте. 7.) Специфичность. Благодаря колоссальному потенциальному структурному разнообразию углеводов, их полимеры могут быть весьма эффективными носителями информации. В расчете на единицу веса углеводы способны содержать больше информации, чем нуклеиновые кислоты или белки. Моносахариды могут, таким образом, служить буквами в словаре биологической специфичности; считывание углеводных "слов" основано на вариабельности моносахаридных субъединиц, различиях в связях между ними и наличии или отсутствии точек ветвления. Гетерополисахариды, входя в состав оболочек клеток, придают им специфичность, например, определяют группы крови. 8.) Участие в процессах свёртывания крови (входят в состав фибриногена и протромбина). Препятствуют свёртыванию крови, входя в состав гепарина.

Роль углеводов в питании: • Потребность в углеводах для взрослого человека массой 60-70 кг составляет 400-500 г/сут. • Основными углеводами пищи для организма человека являются: крахмал, гликоген, сахароза, лактоза. • Большая часть углеводов поступает с растительной пищей. • Среди пищевых углеводов преобладает крахмал. • Крахмал состоит из линейного полисахарида – амилозы и разветвленного – амилопектина. • Остатки глюкозы в амилозе связаны α-1,4-гликозидной связью. • В амилопектине в точках ветвления - α-1,6-гликозидная связь.

Переваривание углеводов в пищеварительном тракте: • Основными углеводами пищи для организма человека являются: крахмал, гликоген, сахароза, лактоза. • Поступивший с пищей крахмал (гликоген) в ротовой полости подвергается гидролизу под действием альфа-амилазы слюны, которая относится к эндоамилазам. Он расщепляет альфа (1,4)-гликозидные связи в структуре крахмала. • рН оптимум для альфа-амилазы слюны находится в пределах рН = 6,8-7,2. Поскольку пища в ротовой полости находится недолго, то крахмал переваривается лишь частично. Его гидролиз завершается образованием амилодекстринов. • Далее пища поступает в желудок. Слизистой оболочкой желудка гликозидазы не вырабатываются. В желудке среда резко кислая (рН=1,5-2,5), поэтому действие альфа-амилазы слюны внутри пищевого комка прекращается. Однако в более глубоких слоях действие фермента продолжается, и крахмал успевает пройти следующую стадию гидролиза, с образованием эритродекстринов. • Основным местом переваривания крахмала служит тонкий отдел кишечника. • В переваривании крахмала принимает участие фермент альфа-амилаза, вырабатываемый в поджелудочной железе. • Выделяющийся панкреатический сок содержит бикарбонаты, которые принимают участие в нейтрализации кислого желудочного содержимого, создаётся слабощелочная среда (рН=8-9) - оптимальная для гликозидаз. • Альфа-амилаза завершает разрыв внутренних альфа(1,4)-гликозидных связей с образованием мальтоз (изомальтоз).

Ферменты, расщепляющие гликозидные связи в дисахаридах, образуют ферментативные комплексы на поверхности энтероцитов: - сахаразо-изомальтазный (гидролиз альфа – 1,6 и альфа – 1,2, альфа 1,4 –гликозидных связей в изомальтозе, сахарозе, мальтозе, соотвественно); - гликоамилазный (гидролиз альфа 1,4 –гликозидных связей, экзогликозидаза); - β-гликозидазный (бета 1,4 –гликозидных связей в лактозе).

• Продукты полного гидролиза - моносахариды - всасываются в кровь и на этом завершается начальный этап обмена углеводов - пищеварение.

Биологическая роль клетчатки. С пищей в организм человека поступает клетчатка, которая в пищеварительном тракте не переваривается, поскольку отсутствуют бета-гликозидазы. Однако биологическая роль клетчатки велика: 1.) Она формирует пищевой комок; 2.) Продвигаясь по желудочно-кишечному тракту, она раздражает слизистые оболочки усиливая сокоотделение; 3.) Клетчатка усиливает перистальтику кишечника; 4.) Нормализует кишечную микрофлору. Достигая толстого отдела кишечника клетчатка под действием ферментов условно-патогенной микрофлоры подвергается брожению с образованием глюкозы, лактозы и газообразных веществ.

Гидролиз крахмала:

х

n

+

сахароза

+Н₂О

+Н₂О

α-амилаза

х

n

Растительные продукты также могут служить источниками пектинов – кислых полисахаридов, образованных остатками, главным образом, галактуроновой кислоты. Пектиновые вещества обладают всеми свойствами, присущими клетчатке, но, кроме этого, способны активно адсорбировать различные химические соединения, в том числе токсины, тяжелые металлы, радиоактивные вещества, и ускорять их выведение из организма. Это свойство пектиновых веществ используется при лечебно-профилактическом питании. Пектины способствуют заживлению слизистой оболочки кишечника при ее повреждении.

Конечные продукты переваривания углеводов: глюкоза, галактоза, фруктоза и т.д. При низкой концентрации в полости кишечника всасывание моносахаридов (глюкозы и галактозы) эпителиальными клетками осуществляется вторично активным транспортом с участием Na,K-АТФазы (натрий поступает в клетку по градиенту концентрации, одновременно моносахариды – против градиента концентрации). Концентрация Na⁺, необходимая для этого транспорта, обеспечивается Nа⁺,К⁺-АТФ-азой, которая работает как насос, откачивая из клетки Na⁺ в обмен на К⁺.

Всасывание моносахаридов в кишечнике: - кроме того, при высокой концентрации в кишечнике всасывание моносахаридов происходит путём облегчённой диффузии с помощью специальных белков-переносчиков (транспортёров). - в отличие от глюкозы и галактозы, фруктоза транспортируется только путем облегченной диффузии. - скорость всасывания глюкозы и галактозы выше, чем других моносахаридов. - выход глюкозы из клетки в межклеточное пространство и далее кровь происходит благодаря простой и облегченной диффузии.

Транспорт глюкозы из крови в клетки: - из крови внутрь клеток глюкоза попадает при помощи облегченной диффузии – по градиенту концентрации с участием белков-переносчиков (глюкозных транспортеров "ГлюТ"). - различают 5 видов транспортеров глюкозы: ГлюТ 1, ГлюТ 2, ГлюТ 3, ГлюТ 4, ГлюТ 5. - глюкозные транспортеры расположены на мембранах всех клеток. - в мышцах и жировой ткани находится ГлюТ 4, только эти транспортеры являются чувствительными к влиянию инсулина – при действии инсулина на клетку они поднимаются к поверхности мембраны и переносят глюкозу внутрь. Данные ткани получили название инсулинзависимых. - некоторые ткани совершенно нечувствительны к действию инсулина, их называют инсулиннезависимыми. К ним относятся нервная ткань, стекловидное тело, хрусталик, сетчатка, клубочковые клетки почек, эндотелиоциты, семенники и эритроциты. - часть клеток занимает промежуточное положение, т.е. на их мембранах находятся ГлюТ 4 и другие типы транспортеров.

• ГЛЮТ-1 обеспечивает стабильный поток глюкозы в мозг; • ГЛЮТ-2 обнаружен в клетках органов, выделяющих глюкозу в кровь. Именно при участии ГЛЮТ-2 глюкоза переходит в кровь из энтероцитов и печени. ГЛЮТ-2 участвует в транспорте глюкозы в β-клетки поджелудочной железы; • ГЛЮТ-3 обладает большим, чем ГЛЮТ-1, сродством к глюкозе. Он также обеспечивает постоянный приток глюкозы к клеткам нервной и других тканей; • ГЛЮТ-4 - главный переносчик глюкозы в клетки мышц и жировой ткани; • ГЛЮТ-5 встречается, главным образом, в клетках тонкого кишечника. Его функции известны недостаточно.

34. Катаболизм глюкозы в анаэробных условиях. Гликолитическая оксидоредукция, ее субстраты. Биологическая роль этого процесса.

Основные пути катаболизма глюкозы: • Анаэробный гликолиз; • Аэробный гликолиз (гексозодифосфатный путь); • Гексозомонофосфатный путь.

Основные пути катаболизма глюкозы. Если катаболизму подвергается глюкоза, то процесс называется гликолизом, если распадается глюкозный остаток гликогена – гликогенолизом. В зависимости от функционального состояния организма, клетки органов и тканей могут находиться как в условиях достаточного снабжения кислородом, так и испытывать его недостаток, то есть находится в условиях гипоксии. В связи с этим катаболизм углеводов может рассматриваться с двух позиций: в анаэробных и аэробных условиях.

Анаэробный гликолиз: • протекает в цитоплазме клеток. • окисление глюкозы или глюкозного остатка гликогена всегда завершается образованием конечного продукта этого процесса - молочной кислоты. • окисление глюкозы и глюкозного остатка гликогена в тканях отличается только в начальных стадиях превращения, до образования глюкозо-6-фосфата. Дальнейшее окисление углеводов в тканях, как в ана-, так и в аэробных условиях полностью совпадает до стадии образования пирувата. • процесс анаэробного гликолиза сложный и многоступенчатый. • условно его можно разделить на 2 стадии.

Вторая стадия:

Первая стадия:

Первая стадия заканчивается образованием из гексозы двух триоз: - диоксиацетонфосфата и глицеральдегид-3-фосфата. Вторая стадия называется стадией гликолитической оксидоредукции. Эта стадия катаболизма наиболее важная, поскольку она сопряжена с образованием АТФ, за счёт реакций субстратного фосфорилирования, окислением глицеральдегид-3-фосфата, восстановлением пирувата до лактата. На этапе гликолитической оксидоредукции идёт окисление глицеральдегид-3-фосфата в присутствии Н₃РО₄ и НАД-зависимой дегидрогеназы.

Митохондрии в анаэробных условиях блокированы, поэтому выделенные в результате окисления молекулы НАДН₂ находится в среде до тех пор, пока не образуется субстрат, способный принять их. Пируват, принимая НАДН₂, восстанавливается до лактата, завершая тем самым внутренний-окислительно-восстановительный этап гликолиза.

В процессе окисления глюкозы было израсходовано 2 молекулы АТФ (гексокиназная и фосфофруктокиназная реакции). С этапа образования триоз идёт одновременное их окисление. В результате этих реакций образуется энергия в виде АТФ за счёт реакций субстратного фосфорилирования (глицераткиназная и пируваткиназная реакции).

3 реакции гликолиза являются необратимыми: 1.) Гексокиназная. 2.) Фосфофруктокиназная. 3.) Пируваткиназная. Энергетический эффект окисления 1 молекулы глюкозы составляет 2 АТФ, глюкозного остатка гликогена - 3 АТФ. Биологическая роль анаэробного гликолиза - энергетическая. Анаэробный гликолиз является единственным процессом, продуцирующим энергию в форме АТФ в клетке в бескислородных условиях. В эритроцитах гликолиз является единственным процессом, продуцирующим АТФ и поддерживающим биоэнергетику, для сохранения их функции и целостности.

35. Катаболизм глюкозы в тканях в аэробных условиях. Гексозодифосфатный путь превращения глюкозы и его биологическая роль.

Это классический путь аэробного катаболизма углеводов в тканях протекает в цитоплазме до стадии образования пирувата и завершается в митохондриях образованием конечных продуктов СО₂ и Н₂О. Когда в клетки начинает поступать кислород - происходит подавление анаэробного гликолиза. Эффект торможения анаэробного гликолиза дыханием получил название эффекта Пастера. Окисление углеводов до стадии образования пирувата происходит в цитоплазме клеток. Резко снижается потребление в глюкозе. Окислительное декарбоксилирование пирувата – происходит отщепление 1 молекулы СО₂ от молекулы пирувата и присоединение к декарбоксилированному пирувату кофермента А (СоА) с образованием ацетил-СоА; является промежуточным этапом между гликолизом и циклом трикарбоновых кислот. Декарбоксилирование пирувата осуществляет сложный пируватдегидрогеназный комплекс (PDH), включающий в себя 3 фермента и 2 вспомогательных белка, а для его функционирования нужно 5 коферментов (СоА, NAD⁺, тиаминпирофосфат (ТРР), FAD и липоевая кислота (липоат)).

+ СО₂

HSKOA

НАДН₂

НАД, ФАД, ТДФ, ЛК

ПДК: ДК, ДГ, АТ

Затем пируват поступает в митохондрии, где в матриксе подвергается дальнейшему окислению. В результате реакции окислительного декарбоксилирования образуется ацетил-КоА который, в дальнейшем окисляется с участием ферментов цикла Кребса и сопряженных с ним ферментов дыхательной цепи митохондрий (ЦПЭ). Происходит образование конечных продуктов (СО₂ и Н₂О), выделяется энергия в форме АТФ.

- пирувата; - оксалосукцината; - альфа-кетоглутаровой кислоты.

Н₂О образуется на этапе превращения: СО₂ образуется на этапе превращения: • ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТА; • 2-ФОСФОГЛИЦЕРИНОВОЙ КИСЛОТЫ; • ПИРУВАТА; • Альфа-КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ; • СУКЦИНАТА; • ИЗОЦИТРАТА; • МАЛАТА.

АТФ образуется: • За счёт реакций субстратного фосфорилирования на этапе превращения: - 1,3-ДИФОСФОГЛИЦЕРИНОВОЙ КИСЛОТЫ; - 2-ФОСФОЕНОЛПИРУВАТА; - СУКЦИНИЛА-КОА. • За счёт реакций окислительного фосфорилирования на этапе превращения: - ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТА; - ПИРУВАТА; - ИЗОЦИТРАТА; - альфа–КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ; - СУКЦИНАТА; - МАЛАТА. Энергетический эффект окисления глюкозы в аэробных условиях составляет 38 АТФ, глюкозного остатка гликогена 39 АТФ.

Гексозодифосфатный путь:

Общий путь катаболизма

Роль аэробного гликолиза: обеспечивает энергией клеточные реакции, промежуточные продукты гликолиза используются при синтезе жиров является основным путём катаболизма глюкозы в организме животных и человека.

36. Гексозомонофосфатный путь превращения глюкозы в тканях и его биологическая роль. Окисление глюкозы по этому пути протекает в цитоплазме клеток и представлено двумя последовательными ветвями: окислительной и неокислительной. Особенно активно этот путь протекает в тех органах и тканях, в которых активно синтезируются липиды (печень, почки, жировая и эмбриональная ткань, молочные железы).

Биологическая роль этого пути окисления глюкозы связывается прежде всего с производством двух веществ: • НАДФ*Н₂, который в отличие от НАДН₂ , не окисляется в дыхательной цепи митохондрий, а используется в клетках в реакциях синтеза и восстановления и гидроксилирования веществ. • рибозо-5-фосфат и его производные, которые используются в клетке для синтеза важнейших биологических молекул: нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), нуклеозидтрифосфатов (НТФ), коферментов (НАД, ФАД, НSКОА). • без участия О₂ происходит прямое окисление глюкозы и образуется конечный продукт – СО_2.

Окислительная стадия гексозомонофосфатного пути распада глюкозы:

Неокислительная стадия гексозомонофосфатного пути катаболизма глюкозы. Представлена двумя транскетолазными реакциями и одной трансальдолазной. В результате этих реакций образуются субстраты для гликолиза.

Транскетолазные реакции:

Трансальдолазная реакция:

Итоговое уравнение ГМФ-пути: С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О + 12НАДФ 6СО₂ + 12НАДФН + Н⁺

ГМФ-путь протекает без участия О₂, при этом половина молекулы О₂ в составе СО₂ получается из Н₂О. Половина молекулы Н₂, попадающей в состав НАДФН + Н⁺, получается не из глюкозы, а из Н₂О, вступающая в ГМФ-путь на 1 этапе. Лимитом ГМФ-пути является реакция окисления 6-фосфоглюконовой кислоты, катализируемая 6-фосфоглюконатдегидрогеназой. Но он не является ключевым, т.к. не является регуляторным. Регуляторный фермент ГМФ-пути – глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа. Он не является лимитом. Но он ингибируется изб. АТФ и своего продукта НАДН + Н⁺. В этих условиях лимит переходит к глюкозо-6-фосфатдегидрогеназе. ГМФ-путь существует не во всех типах клеток. Наиболее интенсивно ГМФ-путь протекает в печени, эритроцитах, надпочечниках, половых железах, жировой ткани и молочной железе. Но даже в этих тканях ГМФ-путём расщепляется не более 25-30% глюкозы.

37. Биосинтез и распад гликогена в тканях. Биологическая роль этих процессов.

Гликоген в клетках накапливается во время пищеварения и рассматривается как резервная форма глюкозы, которая используется клетками в промежутках между приёмами пищи.

Было установлено, что гликоген может синтезироваться практически во всех органах и тканях. Однако наибольшая его концентрация обнаружена в печени (2-6%) и мышцах (0,5-2%). Поскольку мышечная масса организма человека велика, то большая часть гликогена организма содержится в мышцах. Глюкоза из крови проникает в клетки органов и тканей, проходя через биологические мембраны клеток. Как только глюкоза поступает в клетку, она метаболизируется в ней в результате первой химической реакции. Фосфорилирование глюкозы происходит в присутствии АТФ и фермента - гексокиназы. Глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат. Этот эфир глюкозы теперь будет использоваться в анаболических и катаболических реакциях.

Гликогенсинтаза катализирует образование α-1,4-гликозидных связей. В местах ветвления связь α-1,6-гликозидная. В её образовании принимает участие гликогенветвящий фермент. Ветвление происходит приблизительно у каждого 10 остатка глюкозы.

Синтез гликогена:

(С₆Н₁₂О₅)n+1Гликоген

- УДФ

+(С₆Н₁₂О₅)n Гликоген - УДФ

- УДФ

Гликогенсинтаза

Уридилтрансфераза

УДФ-глюкоза

+ УТФ - ФФН

Распад гликогена. Существуют 2 пути распада гликогена в тканях: 1.) Фосфоролитический путь (основной путь). Протекает в печени, почках, эпителии кишечника. 2.) Амилолитический путь (неосновной). Происходит в печени при участии 3 ферментов: альфа-амилазы, амило-1,6-гликозидазы, гамма-амилазы.

Распад гликогена. В рамке - фрагмент гликогена с точкой ветвления. Закрашенный кружок - глюкозный остаток, связанный α-1,6-гликозидной связью. Светлые и заштрихованные кружки - глюкозные остатки в линейных участках и боковых ветвях, связанные α-1,4-гликозидной связью. 1 - гликогенфосфорилаза; 2 - олигосахаридтрансфераза; 3 - α-1,6-глюкозидаза.

Синтез гликогена. 1 - глюкокиназа или гексокиназа; 2 - фосфоглюкомутаза; 3 – УДФ-глюкрпирофосфорилаза; 4 - гликогенсинтаза (глюкозилтрансфераза); 5 - фермент "ветвления" (амило-1,4 → 1,6-глюкозилтрансфераза), светлые и заштрихованные кружки - глюкозные остатки, закрашенные кружки - глюкозные остатки в точке ветвления.

Сравнение процессов распада и синтеза гликогена позволяет сделать следующие выводы: - синтез и распад гликогена протекают по разным метаболическими путям; - печень запасает глюкозу в виде гликогена не столько для собственных нужд, сколько для поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови, и, следовательно, обеспечивает поступление глюкозы в другие ткани. Присутствие в печени глюкозо-6-фосфатазы обусловливает эту главную функцию печени в обмене гликогена; - функция мышечного гликогена заключается в освобождении глюкозо-6-фосфата, потребляемого в самой мышце для окисления и использования энергии; - синтез гликогена - процесс эндергонический. Так на включение одного остатка глюкозы в полисахаридную цепь используется 1 моль АТФ и 1 моль УТФ; - распад гликогена до глюкозо-6-фосфата не требует энергии; - необратимость процессов синтеза и распада гликогена обеспечивается их регуляцией.

Структура гликогена. А. Строение молекулы гликогена: 1 - остатки глюкозы, соединённые α-1,4-гликозидной связью; 2 - остатки глюкозы, соединённые α-1,6-гликозидной связью; 3 - нередуцирующие концевые мономеры; 4 - редуцирующий концевой мономер. Б. Строение отдельного фрагмента молекулы гликогена.

38. Глюконеогенез. Возможные предшественники, последовательность реакций, биологическая роль. Химизм образования глюкозы из лактата.

Основными источниками глюкозы для организма человека являются: 1.) Углеводы пищи; 2.) Гликоген тканей; 3.) Глюконеогенез. Глюконеогенез - это биосинтез глюкозы из неуглеводных предшественников, главными из которых являются пируват, лактат, глицерин, метаболиты ЦТК, аминокислоты. Глюконеогенез возможен не во всех тканях. Главным местом синтеза глюкозы является печень, в меньшей степени процесс идёт в почках и слизистой кишечника.

В клетках организма всегда есть потребность в глюкозе: 1.) Для эритроцитов – единственный источник энергии. 2.) Нервная ткань потребляет примерно 120г глюкозы в сутки. 3.) Поддержка метаболизма.

Значение глюконеогенеза: • Важнейший источник глюкозы при низком содержании углеводов в пище, голодании, длительной физической работе. • Утилизация лактата, постоянно образуемого в эритроцитах или при мышечной работе, и глицерола, являющегося продуктом липолиза в жировой ткани.

Ключевые ферменты глюконеогенеза: • Пируваткарбоксилаза; • Фосфоенолпируваткарбоксикиназа; • Фруктозо-1,6-дифосфатаза; • Глюкозо-6-фосфатаза.

Лактат, образовавшийся в интенсивно работающих мышцах (особенно в белых мышечных волокнах, которые бедны митохондриями по сравнению с красными) или в клетках с преобладающим анаэробным путем катаболизма глюкозы, поступает в кровь, а затем в печень. В печени отношение NADH/NAD⁺ ниже, чем в сокращающейся мышце, поэтому лактатдегидрогеназная реакция протекает в обратном направлении, т.е. в сторону образования пирувата из лактата. Далее пируват включается в глюконеогенез, а образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и поглощается скелетными мышцами.

Большинство реакций глюконеогенеза представляют собой обратные реакции гликолиза, за исключением трёх термодинамически необратимых: ПИРУВАТКИНАЗНОЙ, ФОСФОФРУКТОКИНАЗНОЙ, ГЕКСОКИНАЗНОЙ. Эти реакции при глюконеогенезе имеют обходные пути и связаны с образованием 2-фосфоенолпирувата, фруктозо-6-фосфата и глюкозы.

1.) Обходной путь пируваткиназной реакции. Превращение пирувата в фосфоенолпируват. Первоначально пируват под влиянием пируваткарбоксилазы и при участии СО₂ и АТФ карбоксилируется с образованием оксалоацетата: СН₃-С(=О)-СООН + СО₂ + АТФ НООС-СН₂-С(=О)-СООН + АДФ + ФН. Затем оксалоацетат в результате декарбоксилирования и фосфорилирования под влиянием фермента фосфоенолпируваткарбоксилазы превращается в фосфоенолпируват. Реакция обратима. Донором фосфатного остатка в реакции служит гуанозинтрифосфат (ГТФ): НООС-СН₂-С(=О)-СООН + ГТФ СН₂=С(О~РО₃Н₂)-СООН + СО₂ + ГДФ.

2.) Обходной путь фосфофруктокиназной реакции. Превращение фруктозо-1,6-бифосфата во фруктозо-6-фосфат. Фосфоенолпируват, образовавшийся из пирувата, в результате ряда обратимых реакций глюконеогенеза превращается во фруктозо-1,6-бифосфат. Далее следует фосфофруктокиназная реакция, которая необратима. Глюконеогенез идёт в обход этой эндергонической реакции. Превращение фруктозо-1,6-бифосфата во фруктозо-6-фосфат катализируется специальной фосфатазой – фруктозобифосфатазой.

Обходные реакции глюконеогенеза:

Образование глюкозы из пирувата:

3.) Обходной путь гексокиназной реакции. Образование глюкозы из глюкозо-6 фосфата. Фермент – глюкозо-6-фосфатаза.

Полная схема глюконеогенеза из пирувата:

Синтез глюкозы из лактата. Глюкозо-лактатный цикл (цикл Кори).

Эту последовательность событий называют "глюкозо-лактатным циклом", или "циклом Кори". Цикл Кори выполняет 2 важнейшие функции: 1.) Обеспечивает утилизацию лактата, предотвращает накопление лактата и, как следствие этого, опасное снижение рН (лактоацидоз). 2.) Часть пирувата, образованного из лактата, окисляется печенью до СО₂ и Н₂О. Энергия окисления может использоваться для синтеза АТФ, необходимого для реакций глюконеогенеза.

Синтез глюкозы из аминокислот. В условиях голодания часть белков мышечной ткани распадается до аминокислот, которые далее включаются в процесс катаболизма. Гликогенные и смешанные аминокислоты могут использоваться для глюконеогенеза. Из всех аминокислот, поступающих в печень, примерно 30% приходится на долю аланина. Это объясняется тем, что при расщеплении мышечных белков образуются аминокислоты, которые вступают в реакцию переаминирования с пируватом. Аминогруппа переносится на пируват с образованием аланина. Аланин из мышц транспортируется кровью в печень, где снова преобразуется в пируват, который частично окисляется и частично включается в глюконеогенез. Следовательно, существует следующая последовательность событий (глюкозо-аланиновый цикл): глюкоза в мышцах → пируват в мышцах → аланин в мышцах → аланин в печени → пируват в печени → глюкоза в печени → глюкоза в мышцах. Весь цикл не приводит к увеличению количества глюкозы в мышцах, но он решает проблемы транспорта аминного азота из мышц в печень и предотвращает превращение пирувата в лактат, накопление которого опасно развитием лактацидоза.

Аланиновая аминотрансфераза

Синтез глюкозы из аминокислот (глюкозо-аланиновый цикл):

Синтез глюкозы из глицерола:

Синтез глюкозы из глицерола. Глицерол образуется при гидролизе триацил-глицеролов, главным образом в жировой ткани. Использовать его могут только те ткани, в которых имеется фермент глицеролкиназа, например печень, почки. Этот АТФ-зависимый фермент катализирует превращение глицерола в α-глицерофосфат (глицерол-3-фосфат). При включении глицерол-3-фосфата в глюконеогенез происходит его дегидрирование NAD-зависимой дегидрогеназой с образованием дигидроксиацетонфосфата, который далее превращается в глицеральдегид-3-фосфат и включается в глюконеогенез.

39. Характеристика основных липидов организма человека, классификация, строение простых и сложных липидов, биологическая роль липидов. Липиды - органические вещества разнообразные по структуре и соотношению входящих в них элементов и имеющие общее свойство — нерастворимость в воде: • сложные органические вещества нерастворимые в воде; • но растворимые в органических растворителях.

Классификация липидов: Простые липиды: сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами. 1.) Ацилглицеролы – сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот. 2.) Стероиды - производные циклопентанпергидрофена. В организме человека основной стероид - холестерол, остальные стероиды - его производные. стерины и стериды. 3.) Воска: сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных или двухатомных спиртов. Сложные липиды – содержат кроме спирта и ЖК, дополнительный углеводный компонент – гликолипиды или остаток фосфорной кислоты - фосфолипиды. Гликолипиды: 1.) Цереброзиды. 2.) Сульфатиды – сульфатированные цереброзиды в мембранах нейронов, миелиновых оболочках, белое вещество. 3.) Ганглиозиды содержатся в ганглиозных клетках нервной ткани, участие в осуществлении межклеточных контактов. Фосфолипиды: 1.) Глицерофосфолипиды - основу составляет глицерол, фосфатидилхолин (лецитин), фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин (кефалин), фосфатидилинозит, плазмалогены. 2.) Сфинголипиды – производные аминоспирта сфингозина – сфингомиелин.

В организме человека липиды представлены: 1.) Структурными липидами. 2.) Резервными липидами. 3.) Свободными липидами — хиломикроны: - липопротеины низкой плотности (ЛПНП); - липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП); - липопротеины высокой плотности (ЛПВП).

Биологическая роль липидов: 1.) Структурные компоненты биомембран (сложные липиды). 2.) Резервная (триацилглицеролы, ТАГ). 3.) Энергетическая. При окислении 1г липидов до конечных продуктов (СО₂, Н₂О) выделяется 9,3 ккал энергии. 4.) Регуляторная. Стероидные гормоны - производные холестерола, эйкозаноиды – производные арахидоновой кислоты. 5.) Питательная. В составе пищи в организм поступают незаменимые полиненасыщенные ВЖК (эссенциальные), – линолевая, линоленовая, арахидоновая кислоты. 6.) Механическая. Предохранение внутренних органов от механических повреждений. 7.) Теплоизолирующая. Защищают организм от переохлаждения и перегревания. 8.) Транспортная — участвуют в транспорте веществ через липидный слой биомембран клеток. 9.) Растворяющая роль. В липидах растворяются жирорастворимые витамины A, D, E, К.

Большинство липидов в составе имеют жирные кислоты, сложноэфирной связью соединенные с глицерином, холестерином или амидной связью со сфингозином. Сфингозин – ненасыщенный двухатомный аминоспирт (С-18). Жирные кислоты содержат четное количество атомов углерода.

Основные жирные кислоты, входящие в состав липидов: Насыщенные: миристиновая (C14), пальмитиновая (C16), стеариновая (C18). Моноеновые (с одной двойной связью): пальмитоолеиновая, олеиновая. Полиеновые: линолевая, линоленовая, эйкозатриеновая, арахидоновая. Полиеновые ЖК не синтезируются в организме человека (незаменимые или эссенциальные) и должны поступать с пищей.

Общая формула предельных ЖК: CnH2n + 1COOH (пальмитиновая – С₁₅Н₃₁СООН). В непредельных ЖК на каждую двойную связь отнимается 2 атома водорода (олеиновая – 1 двойная связь: С₁₇Н₃₃СООН).

Жирные кислоты. Углеводородная неразветвлённая цепь, на одном конце которой находится карбоксильная группа, а на другом - метильная группа (ω-углеродный атом). Жирные кислоты, не содержащие двойных связей, - насыщенные (предельные) - пальмитиновая, стеариновая кислоты. Жирные кислоты, содержащие двойные связи, - ненасыщенные (непредельные). 1.) Мононенасыщенные (моноеновые) - с одной двойной связью - олеиновая кислота. 2.) Полиненасыщенные (полиеновые) - с двумя и большим числом двойных связей - линолевая, линоленовая, арахидоновая кислоты.

В подкожном жире человека насыщенных жирных кислот 33 – 38%. В основном – пальмитиновая кислота (25-30%). Ненасыщенных – 42-58%. В основном олеиновая (20-25%) и линолевая (10-15%).

Высшие жирные кислоты (ВЖК).

Общая формула ВЖК: Cn:m n - число атомов углерода в цепи ВЖК, m - число двойных связей в цепи ВЖК. Положение двойных связей в радикале ВЖК обозначается: (дельта) - если отсчет идёт от первого карбоксильного углерода, ω (омега) - если положение двойных связей считают от метильного радикала ВЖК. Предельные ВЖК: - пальмитиновая С₁₅Н₃₁СООН (Cn:m 16:0); - стеариновая С₁₇Н₃₅СООН (Cn:m 18:0). Ненасыщенные ВЖК: - олеиновая С₁₇Н₃₃СООН (Cn:m 18:1 9); - линолевая С₁₇Н₃₁СООН (Cn:m 18:2 9,12 ω6); - линоленовая С₁₇Н₂₉СООН (Cn:m 18:3 9,12,15ω3); - арахидоновая С₁₉Н₃₁СООН (Cn:m 20:4 5,8,11,14 ω6).

40. Переваривание и всасывание липидов в пищеварительном тракте. Желчные кислоты, химическое строение, биологическая роль. Взрослый человек должен получать с пищей 80 — 150г липидов в сутки. В основном (до 90%) это жиры (ТАГ). Не менее 1/3 должны составлять растительные масла, содержащие эссенциальные жирные кислоты. В ротовой полости нет условий для переваривания липидов.

У детей переваривание начинается в желудке под действием желудочной липазы, гидролизующей эмульгированные жиры молока. Это возможно потому, что рН желудочного содержимого у них 5-5,5, что оптимально для данного фермента. У взрослых рН 1,5-2,5 поэтому желудочная липаза неактивна.

Основным местом переваривания липидов пищи в желудочно-кишечном тракте у взрослого человека служит тонкий отдел кишечника. В переваривании принимают участие желчные кислоты, синтезированные в печени, липолитические ферменты, синтезированные в поджелудочной железе и слизистой оболочке кишечника.

При поступлении пищи из желудка в двенадцатиперстную кишку в слизистой оболочке начинают выделяться регуляторы: секретин, холецистокинин, химоденин, энтерокринин, которые обеспечивают: - образование желчи в печени; - сокращение желчного пузыря; - выделение панкреатического сока; - секрецию желез тонкого отдела кишечника.

Важную роль в переваривании липидов в пищи играют желчные кислоты. Все они образуются в печени и являются продуктом превращения холестерина в организме. В основе их строения лежит структура циклопентанпергидрофенантрена.

Источником образования желчных кислот является холановая кислота. Производными холановой кислоты являются: хенодезоксихолевая кислота, у которой оксигруппы имеются в 3, 7 и 12 положениях; дезоксихолевая кислота, у которой оксигруппы имеются в 3 и 12 положениях; литохолевая кислота, у которой оксигруппа находится в 3 положении. Как правило, все желчные кислоты в печени конъюгируются с глицином или таурином (например – гликохолевая).

Биологическая роль желчных кислот: 1.) Эмульгируют пищевые жиры. 2.) Активируют липолитические ферменты. 3.) Выполняют роль переносчиков трудно растворимых в воде продуктов гидролиза жира в стенку кишечника.

При эмульгировании жир дробится на мелкие частицы, стабилизируется, увеличивается поверхность контактов с липолитическими ферментами. Стабилизированная эмульсия жира далее подвергается гидролизу под влиянием панкреатических ферментов (липазы, холестеролэстераз, фосфолипаз).

Панкреатическая липаза катализирует гидролиз эфирных связей только в α(1), α′(3)-положениях. Образуются β-моноацилглицеролы, обладающие эмульгируюшим действием. В панкреатическом соке наряду с липазой содержится моноглицеридная изомераза - фермент, катализирующий внутримолекулярный перенос ацила из β(2)-положения моноглицерида в α(1)-положение. В процессе переваривания пищевых жиров при участии этого фермента примерно треть β(2)-моноглицеридов превращается в α-моноглицериды, которые далее расщепляются под действием панкреатической липазы до глицерина и жирной кислоты. Полный гидролиз триацилглицеридов происходит постадийно.

Фосфолипиды гидролизуются при помощи фосфолипаз А1, А2, С и D, которые последовательно расщепляют молекулы с образованием глицерина, жирных кислот, фосфорной кислоты и азотистого основания.

Установлено, что всасывание продуктов гидролиза жира имеет свою особенность. Легко всасываются слизистой кишечника спирты, фосфаты, коротко цепочные ВЖК, азотистые основания. Трудно растворимые в воде продукты гидролиза (холестерин, ВЖК, моноглицериды), жирорастворимые витамины всасываются только в комплексе с желчными кислотами. Эти комплексы называются холеиновыми. В таком виде трудно растворимые в воде соединения проходят через мембраны энтероцитов. В клетках ворсинок кишечника происходит их распад. При этом желчные кислоты сразу же поступают в ток крови и через систему воротной вены доставляются в печень. Оттуда они в составе желчи вновь попадают в кишечник и могут участвовать в новом акте переваривания жира, либо удаляются из организма в составе каловых масс – копростерин. Фонд желчных кислот у взрослого человека составляет 2,8-3,5г, при этом они совершают 5-6 оборотов в сутки за счёт печёночно-кишечной циркуляции. После того как продукты гидролиза жира поступили в энтероциты, в стенке кишечника синтезируются жиры, специфичные для данного организма, отличающиеся от пищевого жира.

41. Ресинтез простых и сложных липидов в клетках слизистой оболочки тонкого отдела кишечника.

После того как продукты гидролиза жира поступили в энтероциты, в стенке кишечника начинают синтезироваться жиры, специфические для данного организма, которые по своему строению отличаются от пищевого жира. Механизм ресинтеза жира в стенке кишечника сводится к следующему: сначала происходит активация глицерина и ВЖК затем последовательно будет происходить ацилирование альфа-глицерофосфата с образованием моно- и диглицеридов. Активная форма диглицерида — фосфатидная кислота занимает центральное место в синтезе жира к стенке кишечника. Из неё после активации в присутствии ЦТФ образуется ЦДФ-диацилглицерид, который даёт начало сложным жирам.

Активация ВЖК.

RCOOH + HSKoA + ATФ → RCO~SКoA + АMФ + Н₄Р₂О₇ Реакция катализируется ацил-КоА-синтетазой.

Активация глицерола.

Глицерол + АТФ → α-глицерофосфат + АДФ Фермент – глицераткиназа.

В реакциях ресинтеза жиров участвуют, как правило, только жирные кислоты с длинной углеводородной цепью. Это не только жирные кислоты, всосавшиеся из кишечника, но и жирные кислоты, синтезированные в организме, поэтому по составу ресинтезированные жиры отличаются от жиров, полученных с пищей.

В клетках слизистой оболочки тонкой кишки всосавшиеся молекулы холестерола также превращаются в эфиры путём взаимодействия с ацил-КоА. Эту реакцию катализирует ацтлхолестеролацилтрансфераза (АХАТ). От активности этого фермента зависит скорость поступления экзогенного холестерола в организм. В клетках эпителия тонкой кишки из жиров, образовавшихся в результате ресинтеза, а также из эфиров холестерола, жирорастворимых витаминов, поступивших с пищей, формируются липопротеиновые комплексы - хиломикроны (ХМ). ХМ далее доставляют жиры в периферические ткани.

42. Липопротеины крови человека, их образование и функции.

Липиды являются нерастворимыми в воде соединениями, поэтому для их переноса кровью необходимы специальные переносчики которые растворимы в воде. Такими транспортными формами являются липопротеины. Синтезированный жир в стенке кишечника, либо жир, синтезированный в других тканях, органах, может быть транспортирован кровью лишь после включения в состав липопротеинов, где роль стабилизатора играют белки (различные апопротеины). По своему строению мицеллы липопротеинов имеют наружный слой и ядро. Наружный слой формируется из белков, фосфолипидов и холестерина, которые имеют гидрофильные полярные группы и проявляют сродство к воде. Ядро состоит из триглицеридов, эфиров холестерина, ВЖК, витаминов A, D, Е, К. Таким образом, нерастворимые жиры транспортируются по всему организму после синтеза в стенке кишечника, а также синтеза в других тканях.

Выделяют 4 класса липопротеинов крови, которые отличаются друг от друга по своему химическому строению, размерам мицелл и транспортируемым жирам. Поскольку они имеют различную скорость оседания в растворе поваренной соли, их разделяют на: 1.) Хиломикроны. Образуются в стенке кишечника и имеют самый крупный размер частиц. 2.) Липопротеины очень низкой плотности - ЛПОНП. Синтезируются в стенке кишечника и печени. 3.) Липопротены низкой плотности - ЛПНП. Образуются в эндотелии капилляров из ЛПОНП. 4.) Липопротеины высокой плотности - ЛПВП. Образуются в стенке кишечника и печени.

Хиломикроны (ХМ) самые крупные частицы. Максимальная их концентрация достигается к 4 — 6 час после приёма пищи. Расщепляются они под действием фермента — липопротеидлипазы, который образуется в печени, легких, жировой ткани, эндотелии сосудов. Принято считать, что хиломикроны (ХМ) отсутствуют в крови натощак и появляются только после приёма пищи. ХМ преимущественно транспортируют триацилглицериды (до 83%) и экзогенные ВЖК.

Наибольшее количество липопротеинов участвует в переносе поступающего с едой жира, в состав которого входит более 100г триглицеридов и около 1г холестерина в сутки. В эпителиальных клетках кишечника пищевые триглицериды и холестерин включаются в крупные липопротеиновые частицы - хиломикроны. Они секретируются в лимфу, затем через общий кровоток поступают в капилляры жировой ткани и скелетных мышц.

Хиломикроны оказываются объектом воздействия фермента липопротеинлипазы. Хиломикроны содержат особый апопротеин СII, активирующий липазу, высвобождающую свободные жирные кислоты и моноглицериды. Жирные кислоты проходят через эндотелиальную клетку и проникают в прилежащие адипоциты или мышечные клетки, в которых либо реэстерифицируются в триглицериды, либо окисляются.

После удаления из сердцевины триглицеридов остаток хиломикрона отделяется от эпителия капилляров и опять поступает в кровь. Теперь он превратился в частицу, содержащую сравнительно малое количество триглицеридов, но большое количество эфиров холестерина. Происходит также размен апопротеинами между ним и другими липопротеинами плазмы. Конечный результат - превращение хиломикрона в частицу его остатка, богатую эфирами холестерина, а также апопротеинами В-48 и Е. Эти остатки переносятся в печень, которая очень интенсивно поглощает их. Этот захват опосредуется связыванием апопротеина Е со специфическим рецептором, называемым рецептором остатка хиломикрона, на поверхности гепатоцита.

Связанные остатки поглощаются клеткой и распадаются в лизосомах в процессе - рецепторно-опосредованном эндоцитозе. Общий результат транспорта, выполняемого хиломикронами - доставка пищевых триглицеридов в жировую ткань, а холестерина в печень.

Частицы ЛПОНП попадают в тканевые капилляры, в которых взаимодействуют с тем же ферментом — липопротеинлипазой, который разрушает хиломикроны. Триглицеридное ядро ЛПОНП гидролизуется, и жирные кислоты используются для синтеза триглицеридов в жировой ткани. Остатки частиц, образующиеся в результате действия липопротеинлипазы на ЛПОНП, называются липопротеинами промежуточной плотности (ЛППП). Часть частиц ЛППП распадается в печени путем связывания с рецепторами, получившими название рецепторов липопротеинов низкой плотности (рецепторы ЛПНП), которые отличаются от рецепторов остатками хиломикронов.

Остальная часть ЛППП остается в плазме, в которой подвергается последующей трансформации, в процессе которой удаляются почти все оставшиеся триглицериды. При этом превращении частица утрачивает все свои апопротеины, за исключением апопротеина В-100. В результате из частицы ЛППП образуется богатая холестерином частица ЛПНП. Ядро ЛПНП почти целиком состоит из эфиров холестерина, а поверхностная оболочка содержит только один апопротеин — В-100. У человека достаточно большая часть ЛПНП не поглощается печенью, и поэтому их уровень в крови человека высок. В норме примерно 3/4 общего холестерина плазмы крови находится в составе ЛПНП.

Одна из функций ЛПНП содержится в снабжении холестерином разнообразных внепеченочных паренхиматозных клеток, например клеток кожуры надпочечников, лимфоцитов, мышечных клеток и клеток почек. Все они несут на своей поверхности рецепторы ЛПНП. Связавшиеся с этими рецепторами ЛПНП поглощаются посредством рецептороопосредованного эндоцитоза и внутри клеток разрушаются лизосомами.

Эфиры холестерина из ЛПНП гидролизуются лизосомной холестерилэстеразой (кислая липаза), и свободный холестерин используется для синтеза мембран и в качестве предшественника стероидных гормонов. Как и внепеченочные ткани, печень обладает обильем рецепторов ЛПНП; в ней холестерин ЛПНП используется для синтеза желчных кислот и для образования свободного холестерина, секретируемого в желчь.

У человека ежесуточно рецептороопосредованным путем удаляется из плазмы 70—80% ЛПНП. Остальная часть разрушается клеточной системой «чистильщиков» — фагоцитирующими клетками РЭС. В отличие от рецептороопосредованного пути разрушения ЛПНП путь их разрушения в клетках-«чистилыциках» служит для разрушения ЛПНП при повышении их уровня в плазме, а не для снабжения клеток холестерином.

Поскольку мембраны паренхиматозных клеток и клеток-«чистильщиков» подвергаются кругообороту и так как клетки гибнут и обновляются, неэстерифицированный холестерин поступает в плазму, в которой обычно связывается липопротеинами высокой плотности (ЛПВП). Этот неэстерифицированный холестерин затем образует эфиры с жирными кислотами под деянием присутствующего в плазме фермента — лецитинхолестеринацилтрансферазы (ЛХАТ).

Образующиеся на поверхности ЛПВП эфиры холестерина переносятся на ЛПОНП и, в конце концов, включаются в ЛПНП. Таким образом формируется цикл, в котором ЛПНП доставляют холестерин внепеченочным клеткам и опять получают его из них через ЛПВП. Значительная часть холестерина, высвобождаемая внепеченочными тканями, переносится в печень, где экскретируется в желчь.

ЛПОНП и ЛПНП в основном транспортируют холестерин и его эфиры в клетки органов и тканей. Эти фракции относятся к атерогенным. ЛПВП принято обозначать как антиатерогенные ЛП, которые осуществляют транспорт холестерина (излишки холестерина, освобождённый в результате распада мембран клеток холестерин) в печень для последующего окисления с участием цитохрома Р450 с образованием желчных кислот, которые выводятся из организма в виде копростеринов.

Распадаются липопротеины крови после эндоцитоза в лизосомах и микросомах: под действием липопротеидлипазы в клетках печени, почек, надпочечников, кишечника, жировой ткани, эндотелия капилляров. Продукты гидролиза ЛП вовлекаются в клеточный метаболизм.

43. Окисление высших жирных кислот в тканях, биологическая роль процесса.

- с четным числом атомов углерода; - нечетным числом атомов углерода (поступают с пищей); - непредельных ВЖК Может быть направлено на α, β и ω-углеродные атомы молекул карбоновых кислот. Среди этих процессов наиболее часто происходит β-окисление (реакции окисления происходят у β-углеродного атома). Другие виды окисления происходят в пероксисомах, например, при оптимизации экзогенных жирных кислот в гепатоцитах.

Бета-окисление высших жирных кислот. Пример особой формы организации метаболических процессов – спиральной (спираль Линена). Впервые изучено в 1904 году Кноопом. В 1948-1949 гг. Кеннеди и Ленинджер установили, что β-окисление жирных кислот происходит в митохондриях. В 50-х годах Линен описал ферменты окисления жирных кислот, поэтому процесс β-окисление жирных кислот называется циклом Кноопа-Линена. От карбоксильного конца ВЖК последовательно отщепляется по 2 атома углерода в виде ацетил-КоА. Происходит только в аэробных условиях. Наиболее активно протекает в митохондриях гепатоцитов, почках, скелетных и сердечной мышцах, в жировой ткани. Первая реакция – активация ВЖК.

(P.S. некоторые реакции отправлю фотками в ЛС, т.к. сюда их не получается переместить)

«Спираль Линена» для пальмитиновой кислоты.

Общая схема цикла β-окисления жирных кислот:

тиолоаза

дегидрогеназа

гидратаза

дегидрогеназа

12 АТФ

2 АТФ

3 АТФ

При решении задач на расчёт энергетического эффекта окисления жирных кислот необходимо учитывать, что:

1.) В каждом цикле β-окисления образуются 1 молекула ФАДН₂ и 1 молекула НАДН. В ходе окисления в дыхательной цепи и сопряжённого с ним окислительного фосфорилирования образуются: 2 молекулы АТФ за счёт дегидрирования ФАДН₂ и 3 молекулы АТФ за счёт дегидрирования НАДН+Н⁺. Таким образом, в сумме за один цикл образуется 5 молекул АТФ. 2.) В процессе β-окисления образуются молекулы ацетил-КоА. Окисление каждого ацетильного остатка в цикле трикарбоновых кислот сопровождается в конечном счёте выходом 12 молекул АТФ. 3.) Для образования активной формы жирной кислоты (ацил-КоА) затрачивается одна молекула АТФ.

Энергетический итог β-окисления: энергетический выход = [n/2*12 + (n/2 - 1)*5] - 1, где n – количество С-атомов в жирной кислоте; n/2 – количество молекул ацетил-КоА, образованных в процессе β-окисления; 12 – количество АТФ, синтезирующихся при окислении ацетил-КоА в ЦТК; (n/2 – 1) – количество циклов β-окисления; 5 – количество молекул АТФ, образованных в каждом цикле за счёт двух реакций дегидрирования; 1 – затрата 1 молекулы АТФ на активацию жирной кислоты.

Окисление жирных кислот с нечётным числом атомов углерода.

Расчёт энергетического эффекта окисления на примере пальмитиновой кислоты.

Сначала происходит β-окисление до образования пропионил-SКоА вместо бутирил-SКоА , поэтому различие будет только на последнем этапе. Суть превращений пропионил-SКоА сводится к его карбоксилированию, изомеризации и образованию сукцинил-SКоА. В этих реакциях участвуют биотин и витамин В12. Далее сукцинил-SКоА вступает в ЦТК, являясь метаболитом этого процесса, подвергается дальнейшему окислению в общем пути катаболизма.

Окисление ненасыщенных жирных кислот.

Регуляция β-окисления жирных кислот.

- β-Окисление этих кислот идёт обычным путём до тех пор, пока двойная связь не окажется между третьим и четвёртым атомами углерода; - изомеразы перемещают двойные связи в жирнокислотных остатках из γ- в β-положение; - таким образом, уже имеющаяся двойная связь готовится к β-окислению и пропускается первая реакция цикла, в которой участвует ФАД.

- при регуляции окисления первостепенное значение имеет доступность жирных кислот. Поступление жирных кислот определяется содержанием жиров в пище и скоростью липолиза эндогенных липидов. - β-гидроксиацил-КоА дегидрогеназа ингибируется высоким отношением [НАДН]/[НАД⁺]; - тиолаза ингибируется ацетил-КоА. - регуляторным ферментом также является карнитинацилтрансфераза I (ингибируется малонил-КоА, первым промежуточным продуктом биосинтеза жирных кислот из ацетил-КоА).

44. Окисление глицерина в тканях, биологическая роль процесса.

Значительная часть глицерина используется для синтеза триглицеридов. Второй путь обмена глицерина - включение продукта его окисления в гликолиз или в глюконеогенез. Независимо от пути обмена начальным этапом является процесс фосфорилирования глицерина, донором фосфатной группы является молекула АТФ. Глицеролкиназа имеется в почках, печени, лактирующих молочных железах.

Обмен глицерина тесно связан с гликолизом, во второй этап которого вовлекаются его метаболиты:

пируваткиназа

енолаза

мутаза

Окисление глицерола:

Н₂О

АТФ

СО₂

ЦТК

СО₂

пируваткиназа

енолаза

мутаза

Окисление глицерола:

Окисление глицерола в аэробных условиях:

Энергетический эффект окисления: -1+3+3+1+1+3+12 = 23-1= 22

45. Биосинтез высших жирных кислот в тканях, химизм реакций, биологическая роль. Характеристика синтазы жирных кислот.

Синтаза жирных кислот: - мультиферментный комплекс; - состоит из двух субединиц; - 7 каталитических центров + АПБ; - удлиняет углеводородную цепь на 2 атома углерода; - конечный продукт работы комплекса – пальмитиновая кислота.

Синтаза жирных кислот катализирует реакции: - перенос ацетильной группы ацетил-КоА на SH цистеина ферментного комплекса (ацетилтрансацилазный центр); - перенос остатка малонила от малонил-КоА на SH группу ацилпереносщего белка (малонилтрансацилазный центр); - конденсация ацетильной группы с остатком малонила с образованием ацетоацетила (кетоацилсинтазный центр); - восстановление ацетоацетила в кетоацилредуктазном центре (НАДФН); - дегидратация; - восстановление (НАДФН) в еноилредуктазном центре с образованием масляной кислоты; - повторение циклов до образования пальмитиновой кислоты; - гидролитическое отщепление пальмитиновой кислоты от ферментного комплекса (тиоэстеразный центр).

Синтез жирных кислот из пальмитиновой кислоты: - происходит в эндоплазматическом ретикулуме; - необходимы НАДН и малонил-коэнзим А; - жирные кислоты связаны с коэнзимом А; - образуется стеариновая кислота.

Из стеариновой кислоты возможен синтез мононенасыщенной олеиновой, из пальмитиновой - пальмитоолеиновой. Дегидрирование проходит при участии десатураз в эндоплазматическом ретикулуме. Необходимы: молекулярный кислород, НАДН, цитохром b5, ФАД-зависимая редуктаза.

После этого ацил-АПБ вступает в новый цикл синтеза. К свободной SH-группе ацилпереносящего белка присоединяется новая молекула малонил-КоА. Затем происходит отщепление ацильного остатка, и он переносится на малонильный остаток с одновременным декарбоксилированием, и цикл реакций повторяется.

Таким образом, углеводородная цепочка будущей жирной кислоты постепенно растёт (за каждый цикл – на два углеродных атома). Это происходит до момента, пока она не удлинится до 16 углеродных атомов (в случае синтеза пальмитиновой кислоты) или более (синтез других жирных кислот). Вслед за этим происходит тиолиз, и образуется в готовом виде активная форма жирной кислоты – ацил-КоА.

Условия для протекания синтеза высших жирных кислот: 1.) Поступление углеводов, при окислении которых образуются необходимые субстраты и НАДФН₂. 2.) Высокий энергетический заряд клетки – высокое содержание АТФ, которое обеспечивает выход цитрата из митохондрий в цитоплазму.

Обмен жиров тесно связан с обменом углеводов. Углеводы легко могут превращаться в жиры, а вот превращение жиров в углеводы невозможно. Жиры не могут превращаться в углеводы, так как Ацетил-КоА не может превращаться в пируват. Обмен жиров и углеводов объединяется как энергетический обмен, который находится под контролем гормонов.

Гормональная регуляция синтеза жира. Основным гормоном, регулирующим липогенез, является инсулин. Инсулин стимулирует синтез жира. На генетическом уровне инсулин стимулирует биосинтез ферментов, катализирующих образование ацил-КоА и триацилглицеринов. Инсулин также стимулирует биосинтез ферментов, обслуживающих обмен липидов – ферментов ГМФ-пути распада углеводов и МДГ. Поэтому истощенным больным вводят глюкозу одновременно с инсулином с целью увеличения жировых запасов.

Синтез кетоновых тел. Печень стремится направить в другие ткани и свой собственный ацетил-КоА, но не может, так как для ацетил-КоА клеточные мембраны непроницаемы. Поэтому в печени из ацетил-КоА синтезируются специальные вещества, которые называются "КЕТОНОВЫЕ ТЕЛА". Кетоновые тела - это особая транспортная форма ацетил-КоА!

Использование кетоновых тел в анаболизме и как источника энергии.

46. Холестерин, строение, биологическая роль, биосинтез и распад холестерина в организме человека.

Метаболическая функция:

Структурная функция:

Фонд холестерина (140г)

Биологически важные вещества: желчные кислоты; стероидные гормоны; провитамин D3

Клеточные мембраны

синтез в организме (1 г/сут)

стериды пищи (0,3-05 г/сут)

Источники и пути использования холестерина.

Биосинтез холестерола:

- Биосинтез холестерола происходит в эндоплазматическом ретикулуме во всех клетках. - Источником всех атомов углерода в молекуле является ацетил-SКоА, поступающий сюда из митохондрий в составе цитрата, также как при синтезе жирных кислот. - При биосинтезе холестерола затрачивается 18 молекул АТФ и 13 молекул НАДФН.

Коже и др.5%

Кишечнике 10%

Синтез в клетках печени 85%

Поступление с пищей

эндогенный

экзогенный

холестерин

(Реакции я пришлю тебе фотками в ЛС, т.к. сюда не получается переместить)

Источники холестерина в клетках: - Эндогенный синтез; - Рецептор-опросредованный эндоцитоз ЛПНП - поступление вместе с неполярными эфирами ПНЖК в клетки, имеющие рецепторы к Апо В-100.

Холестерол может образовывать эфиры с жирными кислотами. Этерифицированный холестерол преобладает в крови и запасается в небольших количествах в некоторых типах клеток, использующих его как субстрат для синтеза других веществ. Холестерол и его эфиры - гидрофобные молекулы, поэтому они транспортируются кровью только в составе разных типов ЛП. Неэтерифицированный холестерол присутствует в составе поверхностного слоя ЛП частиц, в цитоплазматических мембранах клеток. Излишки удаляются «эндогенными» ЛПВП.

Эфиры холестерина с ПНЖК – транспортная форма ПНЖК. Синтезируются «экзогенными» ЛПВП с помощью фермента лецитин-холестерол-ацилтрансферазы (ЛХАТ), переносятся в ЛПНП и доставляются в клетки, имеющие рецептор к Апо В-100, рецептор-опосредованным эндоцитозом.

Транспортная форма холестерина – эфиры с мононенасыщенными ЖК, чаще олеиновой: - синтезируются в энтероцитах при ресинтезе и «эндогенными» ЛПВП с помощью фермента лецитин-холестерол-ацилтрансферазы (ЛХАТ); - переносятся в остаточные ЛПОНП и ХМ; - доставляются в гепатоциты, где подвергаются гидролизу в лизосомах; - а спирт холестерол используется для синтеза желчных кислот.

Выведение холестерина из организма: - желчные кислоты (0,5-0,7г); - стериды кала (0,5-0,7г); - 17-кетостероиды мочи (до 0,05 г); - стериды кожного сала (до 0,1г); Единственным эффективным способом выведения холестерина является желчь.

Образование желчных кислот (окисление холестерина).