- •Биохимия: предмет, задачи. Липиды, углеводы, белки: структура, химические и физико-химические свойства, классификация, биологическая роль.
- •1. Структура белков.
- •Ферменты: структура, свойства, механизм действия
- •Ферменты: номенклатура, классификация, применение в сельском хозяйстве
- •Цикл трикарбоновых кислот: реакции, биологическая роль. Нарушение энергетического обмена.
- •Гидролиз белков в органах пищеварительной системы. Метаболизм аминокислот в клетках.
- •Биосинтез белков.
- •Образование конечных продуктов белкового обмена. Патология белкового обмена.
- •Аэробный гликолиз. Глюконеогенез. Пентозный цикл. Патология углеводного обмена.
- •Гидролиз липидов в органах пищеварительной системы. Окисление глицерола и жирных кислот. Кетоновые тела
- •Биосинтез глицерола, жирных кислот, ацилглицеролов, фосфоглицеридов и холестерола. Патология липидного обмена.
- •Водно-солевой обмен: роль в организме, регуляция
- •Регуляция обмена веществ. Эндокринная система
- •Биохимический состав биологических жидкостей: крови, мочи,
- •Биохимический состав нервной и мышечной ткани
- •Молоко: биохимический состав, механизм образования. Биохимический состав яйца.
Образование конечных продуктов белкового обмена. Патология белкового обмена.
План
1. Образование конечных продуктов белкового обмена: мочевины, мочевой кислоты, креатинина и др.
2. Патология белкового обмена
Образование конечных продуктов белкового обмена.
Обезвреживание аммиака в организме
Образующийся при окислительном дезаминировании глутаминовой кислоты и в других реакциях аммиак опасен для организма. Поэтому происходит его обезвреживание несколькими путями.
Связывание аммиака глутаминовой и аспарагиновой кислотамипротекает в головном мозге.
Аналогично протекает реакция с аспарагиновой кислой:
Аспартат + NH4-OHАспарагинсинтетаза Аспарагин + Н2О.
АТФ – АДФ + Фн
Аспарагин и глутамин поступают в почки, где гидратазы отщепляют от них аммиак. Он связывается с ионом хлора и образовавшийся хлорид аммония выводится из организма.
Орнитиновый цикл – обезвреживание аммиака в мочевину, протекающее в почках и печени. Последняя реакция этого процесса, аргиназная, протекает только в печени. Начинается он с соединения карбомоилфосфата с орнитином и заканчивается высвобождением последней.
NH3 +CO2 + 2АТФ + Н2ОКарбомоилфосфатсинтетаза
NH2 NH2 COOH
Карбомоил- 111
СО2 +NH3фосфат- H2N- CO-O~РО3Н2+CH2 Орнитин-C=O+H2N-CH→
синтетазаКарбомоилфосфат 1карбомо- 1 1
+2 АТФ СН2 илтранс-NH CH2 1 - -2АДФ 1фераза 1 1
-Н3 РО4 СН2 -Н3РО4(CH2)3COOH
1 1
СН-NH2CH-NH2
1 1
COOHCООН
Орнитин Цитруллин Аспартат
NH2 COOH NH2 NH2
1 1 11
С= NH-CHС=NHC=O
1 1 1 1
Аргинин- NHCH2 Аргинин-NHАргиназаNH2
сукцинат- 1 1сукцинат- 1 +HOH
синтетаза (CH2)2 COOHлиаза (CH2)3 Мочевина
+ АТФ 1 1
- АМФ CH-NH2 CH-NH2
- Ф-Ф 1 -Фумаровая1
CООН кислота COOH
АргининсукцинатАргинин
Образующаяся в печени мочевина, конечный продукт окисления аминокислот, доставляется током крови и почки и выделяется с мочой.
Образование мочевой кислотыпроисходит при расщеплении пуриновых нуклеотидов (АМФ и ГМФ).
Образование креатина, креатинфосфата и креатинина. Первая реакция этого процесса, образование гуанидинуксусной кислоты, протекает в почках. Это вещество током крови переносится в мышечную ткань, где подвергается дальнейшим превращениям.
NH2 NH2 NH2CH3
1111
С=NH+CH2Глицинамидо-C=NH+ СН2 -S+-АденозинГуанидинацетат-
1 1 трансфераза1 1 метилтрансфераза
NHCOOHNHСН2
1 Глицин-Орнитин 1 1
(CH2)3 CH2 СН-NH2 1 1 1
CH-NH2COOHCOOH
1 Гуанидин- S-аденозил-
COOH уксусная метионин
Аргинин кислота
NH2
1 Н-N~РО3Н2 H-N───
C=NH1 1
1 + АТФ АДФ + С=NHC=NH
→ N-CH3 Кеатинкиназа 1 1
1 ──────→ N-CH3 ────→ N-CH3
СН2←────── 1 -Н3РО41
1 СН2 CH2
СООН 1 1
КреатинСООНO=C───
Креатин- Креатинин
Фосфат
Часть креатинфосфата, отщепляя остаток фосфорной кислоты, с постоянной скоростью превращается в креатинин, который выделятся из организма почками. Определяя количество креатинина в крови и моче, судят о сохранности функции почек.
Патология белкового обменаможет развиваться на различных этапах его.
1.Недостаточно поступление с пищей хотя бы одной из 10 незаменимых аминокислот приводит к нарушению биосинтеза белков. Например, недостаток лизина у молодняка может привести к развитию болезни квашиокор, проявляющейся в нарушении функции пищеварительной и эндокринной систем, задержке развития.
2. При сниженной выработке ферментов, гидролизующих белки и пептиды, нерасщепленные остатки их поступают в толстый кишечник, где расщепляются микроорганизмами до аммиака, метана, сероводорода, фенола, скатола и индола. Последний через воротную вену поступает в печень, где гидроксилируется до индоксила. После присоединения к этому веществу остатка серной кислоты, отщепляемого от фосфоаденозинфосфосульфата (ФАФС), и атома калия образуется индикан, выделяемый с мочой. Триптофан расщепляется так:
Увеличение количества индикана в суточном количестве ее – признак недостаточно эффективного переваривания белков. Появление в моче индола – свидетельство того, что у животного также снижена антитоксическая функция печени.
3. Нарушение метаболизма аминокислотможет развиться при врожденных отсутствии или снижении активности некоторых ферментов. Так отсутствие фенилаланингидроксилазы, превращающей фенилаланин в тирозин. Первая из этих аминокислот, накапливаясь в тканях, превращается в фенилпируват, затем – в фениллактат, способные повреждать нервные клетки. Выделение их с мочой называется фенилкетонурией. При сниженной активности некоторых ферментов в тканях увеличивается содержание мочевой кислоты. Накапливаясь в суставах, она вызывает их воспаление (подагра).
4. Мутация генов. Нередко от различных причин, внешних и внутренних, нарушается первичная структура ДНК, что приводит к мутации генов. Возможно выпадение из генов одного или нескольких нуклеотидов (делеция). Если число их равно трем и ли кратное трем, то синтезируется белок без одной или нескольких аминокислот. Если же выпадает число генов, не кратное трем, то происходит «перемешивание» нуклеотидов в триплетах и синтезируется белок со случайным аминокислотным составом. Возможно появление в составе гена одного или нескольких дополнительных нуклеотидов (вставка). Если число их равно или кратное трем, то синтезируется белок с одной или несколькими лишними аминокислотами
Если число нуклеотидов не кратное трем, то также происходит «перемешивание» нуклеотидов в триплетах и синтезируется белок со случайным аминокислотным составом. Мутации могут приводить к гибели организма на различных стадиях его развития, к появлению заболеваний, к сниженной устойчивости организма к патогенным факторам. Они могут и не проявлять себя или в редких случаях даже быть полезными для индивидуума, способствуя лучшей приспособляемости к изменяющимся условиям внешней среды.
5. Нарушение белкового обмена возможно и на стадии образования конечных продуктов. Отсутствие или недостаточная активность одного из ферментов орнитинового цикла может привести к нарушению обезвреживания аммиака в мочевину. Концентрация в крови и моче первого из них увеличивается, а мочевины – снижается. Содержание последней в этих биологических жидкостях увеличивается при усиленном окислении белков. При недостаточно эффективной функции почек концентрация мочевины и креатинина в крови увеличивается, а в моче снижается. Содержание мочевой кислоты в этих биологических жидкостях увеличивается при подагре, состояниях, связанных с усиленным распадом тканей, недостатком кислорода и др.
Лекция №9
Гидролиз углеводов в органах пищеварительной системы и его особенности у жвачных животных. Синтез и расщепление гликогена в клетках. Анаэробный гликолиз.
План
Структура и биологическая роль углеводов.
Гидролиз углеводов в органах пищеварительной системы.
Синтез и распад гликогена в печени.
Обмен углеводов в тканях: анаэробный, аэробный гликолиз., глюконеогенез, пентозный цикл.
Регуляция и патология углеводного обмена.
Биологическая роль углеводов.
Углеводы являются основным энергетическим материалом в организме. При окислении 1 г глюкозы высвобождается 4,1 ккал. Углеводы необходимы для окисления липидов. Гликоген и крахмал являются запасным энергетическим материалом.
Рибоза входит в состав нуклеотидов РНК, АТФ, НАД, ФАД, витамина В12 и других веществ, а дезоксирибоза - в состав ДНК.
Углеводы являются источником пластического материала для биосинтеза триглицеридов, холестерина, заменимых аминокислот и других веществ.
Гетерополисахариды являются небелковой частью гликопротеинов, участвующих в многих процессах: формировании соединительной ткани, развитии иммунной реакции, свертывании крови и др.
Гидролиз углеводов в органах пищеварительной системы
В полости рта пищевой комок измельчается. В нем крахмал расщепляются амилазой слюны до их фрагментов – амилодекстринов, дающих с иодом фиолетовое окрашивание. У свиней и у жвачных животных амилаза в много раз активнее, чем у человека.В слюне содержится также мальтаза, расщепляющая мальтозу.Пищевой комок поступает в желудок, где постепенно пропитывается хлористоводородной кислотой. За это время внутри его амидекстрины успевают расщепиться до эритродекстринов, образующих с иодом красное окрашивание.
В преджелудках жвачных животных находящиеся там микроорганизмы расщепляют клетчатку до пропионовой кислоты. Последняя активируется в пропионил-КоА, который в результате двух последовательных реакций превращается в активную форму янтарной кислоты (сукцинил-КоА)
О СООН
// │
СН3-СН2-С-S-КоА+АТФ+СО2 ПропионилкарбоксилазаСН3-СН-СО-S-КоА +АДФ+Ф
Пропионил-КоА Кофермент - биотин Метилмалонил-КоА:
СООН О
│ //эритродекстринов, дающих с иодом века.сщепляющая мальтозу.
СН3-СН-СО-S-КоАМетилмалонилмутаза НООС-СН2-СН2-С-S-КоА
Метилмалонил-КоА Кофермент – кобаламин Сукцинил-КоА
Кофермент метилмалонилмутазы, кобаламин (витамин В12), вырабатывается микроорганизмами преджелудков. Сукцинил-Коа в дальнейшем окисляется в цикле Кребса.
В 12-персной кишке кислое желудочной содержимое нейтрализуется карбонатами кишечного сока до слабощелочной среды. Поступившие из желудка дестрины продолжают расщепляться ά-амилазой до ахродекстринов, не дающих с иодом окрашивания. Они расщепляются олиго-1,6-гликозидазой до еще более мелких декстринов, в которых 1-6 связи (места ветвления радикалов ά-D-глюкопиранозы) гидролизуются амило-1,6-гликозидазой. Образующиеся молекулы мальтозы расщепляются мальтазой на 2 молекулы глюкозы. Аналогичным превращениям подвергается гликоген, но продукты его расщепления дают с иодом другую окраску.
Расщепление мальтозы до двух молекул глюкозы начинается в ротовой полости и заканчивается в тонком кишечнике под действием мальтазы. В последнем сахароза под действием сахаразы расщепляется до глюкозы и фруктозы, а лактоза – под действием лактазы – до глюкозы и галактозы.
Всасывание моносахаридов стенкой тонкого кишечника происходит после предварительного образования их комплекса с уридиндифосфорной кислотой. В стенке кишечника комплекс расщепляется, глюкоза поступает в кровь и доставляется главным образом в печень, а также в другие органы.
Депонирование и расщепление гликогена в печени происходит с целью поддержания постоянства концентрации глюкозы в крови. У здоровых животных она равна 3,8-5,2 ммоль/л и сохраняется постоянной в течение суток. После приема пищи, когда повышается концентрация глюкозы в крови, по одному остатку ее постепенно откладывается в гликоген печени в результате следующих реакций:
Этот процесс усиливает гормон поджелудочной железы инсулин, активирующий гликогенсинтазу.
В промежутках между приемом пищи гликоген печени расщепляется в результате следующих реакций:
Этот процесс усиливает гормон поджелудочной железы глюкагон, активирующий гликогенфосфорилазу. При снижении концентрации глюкозы в крови от гликогена постепенно отщепляется по одному остатку ее, который поступает в кровь. При стрессовых ситуациях мозговым слоем надпочечников выделяется гормон адреналин, также активирующий гликогенфосфорилазу. Происходит усиленное поступление глюкозы в кровь.
Окисление глюкозы в тканях
Этот процесс может протекать в отсутствии кислорода (анаэробный гликолиз), когда глюкоза расщепляется до молочной кислоты. В присутствии кислорода (аэробный гликолиз) она окисляется до углекислого газа и воды. Оба процесса, реакции которых совпадают до стадии образования пировиноградной кислоты, необходимы главным образом для генерации АТФ.
Анаэробный гликолиз – источник АТФ у анаэробных микроорганизмов. У аэробных организмов функционирует наряду с аэробным гликолизом, дополняя его.
Анаэробное окисление гликогена в мышцах. При усиленном сокращении мышц в миоциты не успевает поступать кислород. В этих условия гликоген, содержащийся в мышцах, расщепляется гликогенфосфорилазой до глюкозо-1-фосфата. Последний превращается в результате фосфоглюкомутазной реакции в глюкозо-6-фосфат, который включается в реакции анаэробного гликолиза. При этом при окислении одного остатка глюкозы генерируется в конечном итоге 3 молекулы АТФ (при образовании глюкозо-1-фосфата АТФ не затрачивается).
Физиологическая роль анаэробного гликолиза.
Этот процесс является источником АТФ в клетках, особенно при недостатке кислорода в тканях. При окислении одной молекулы глюкозы в реакциях субстратного фосфорилирования образуется 4 молекулы АТФ: по 2 молекулы его в фосфоглицераткиназной и пируваткиназной реакциях. 2 молекулы АТФ затрачиваются на начальных этапах гликолиза: в гексокиназной фосфофруктокиназной реакциях. В конечном итоге, в реакциях анаэробного гликолиза из одной молекулы глюкозы генерируется 2 молекулы АТФ. При этом образуются 2 молекулы молочной кислоты, способные закислять ткани. Поэтому молочная кислота в реакциях глюкоконеогенеза обратно превращается в глюкозу.
Лекция №10