Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
METODFFM.doc
Скачиваний:
118
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
1.03 Mб
Скачать

Тема 3. Метаболизм аминокислот. Энзимопатии аминокислотного обмена

В живых организмах постоянно происходит интенсивное обновление белковых молекул. Образующиеся при гидролизе эндогенных белков аминокислоты могут использоваться для биосинтеза новых белков или для синтеза биологически важных азотсодержащих соединений (пуриновых и пиримидиновых оснований, некоторых гормонов и др.).

Белковый обмен в организме человека и животных в значительной мере зависит от поступления с пищей достаточного количества белков, содержащих полный набор незаменимых аминокислот (полноценные белки). Для человека незаменимыми аминокислотами являются лизин, аргинин, гистидин, валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан.

Белки пищи, поступая в организм, подвергаются в пищеварительном тракте гидролитическому расщеплению до аминокислот, которые в результате всасывания в тонком кишечнике поступают в кровь, и, через воротную вену, далее в печень, где включаются в тканевой обмен. Часть аминокислот из печени поступает в систему кровообращения и утилизируется тканями, а часть дезаминируется и превращается или в ацетил-КоА (кетогенные аминокислоты), или в метаболиты цикла Кребса и пируват (гликогенные).

В тканях аминокислоты используются для синтеза белков или подвергаются дезаминированию, трансаминированию, декарбоксилированию, метилированию, в зависимости от того, используются они для синтеза специализированных биологически активных соединений (см. таблицу) или участвуют в энергетическом обмене.

Катаболизм большинства аминокислот начинается с реакций трансаминирования (обратимый перенос аминогруппы от -аминокислоты на -кетокислоту), катализируемых аминотрансферазами. Аминогруппы различных аминокислот при трансаминировании переносятся, в основном, на -кетоглутаровую кислоту с образованием глутаминовой кислоты, которая далее может подвергаться окислительному дезаминированию до иминокислоты, а затем гидролитически расщепляется на кетокислоту (-кетоглутаровая кислота) и аммиак. Эта реакция катализируется глутаматдегидрогеназой.

Аминокислоты

Производные

Суммарно

Белки, полипептиды, гормоны пептидной природы, нейромедиаторы и др.

Тирозин

Катехоламины, тироксин

Триптофан

Серотонин

Гистидин

Гистамин

Глутамат

-аминомасляная кислота

Глицин, аргинин, метионин

Креатин

Метионин, серин

Холин

Глицин

Порфирины

Глицин, аспартат

Нуклеотиды

Глицин, аланин, серин, триптофан, валин, аспартат, глутамат и др.

Углеводы

Фенилаланин, тирозин, лейцин, лизин, триптофан и др.

Липиды

Орнитин, цитруллин, аргинин, аспартат

Мочевина

Высвобождающийся аммиак используется для восстановительного аминирования кетокислот, синтеза пиримидиновых нуклеотидов и некоторых других веществ. При накоплении аммиак весьма ток­сичен и в организме имеется ряд механизмов, обезвреживающих аммиак. В печени осуществляется основной механизм обезвреживания аммиака – синтез мочевины, которая является главным конечным продуктом белкового обмена в организме человека и значительно менее токсична, чем другие азотсодержащие продукты обмена. Дополнительным механизмом является связывание аммиака глутаминовой и аспарагиновой кислотами с образованием амидов (глутамина и аспарагина). Глутамин представляет собой транспортную форму аммиака у животных. В виде глутамина аммиак транспортируется в печень и почки.

Исследование содержания небелкового азота сыворотки крови и мочи, а также соотношения белкового и небелкового азота в крови позволяют судить об обмене белков в организме и отдельных тканях, о балансе процессов биосинтеза и деградации белка. Основной вклад в небелковый азот крови вносят мочевина (50–60 %), а также свободные аминокислоты и нуклеотиды, креатин, билирубин, мочевая кислота. В общий азот мочи включают сумму всех азотсодержащих веществ: мочевина (80–90 %), аммонийные соли (4–6 %), креатинин (2–7 %), а также индикан, гиппуровая кислота, глюкуроновая кислота, мочевая кислота и свободные аминокислоты.

Лабораторная работа 10. Определение активности аминотрансфераз

Активность аминотрансфераз (прежде всего аланин- и аспартатаминотрансферазы – АлАТ и АсАТ соответственно) рассматривается как один из важных показателей обмена белков и аминокислот.

Принцип метода: при трансаминировании α-кетоглутарата и L-аланина под действием АлАТ, образуются пируват и L-глутаминовая кислота. Определение основано на измерении оптической плотности 2,4-динитрофенилгидразонов α-кетоглутарата и пирувата в щелочной среде. Поскольку гидразон пировиноградной кислоты имеет более высокий коэффициент молярной экстинкции, то проявляется прямо пропорциональная зависимость оптической плотности реакционного раствора от активности фермента.

Материалы и реактивы:

1. Субстратно-буферный раствор АлАТ:

фосфатный буфер (0,1  0,005) мМ,

D, L- аланин (0,2  0,01) М,

2-оксоглутаровая кислота (2  0,1) М;

2. Стоп–реагент (раствор 2,4-динитрофенилгидразина – (1  0,05) мМ в растворе соляной кислоты (1  0,05) мМ;

3. Калибровочный раствор – пировинограднокислого натрия (2  0,1) мМ, (220  11) мг/мл (что соответствует 176 мкг/мл пировиноградной кислоты);

4. Раствор гидроокиси натрия (4  0,2) М или сухой NaOH.

Ход работы:

Анализ проводиться согласно схеме, приведенной в таблице 1.

Таблица 1

Отмерять в пробирку,

мл

Опытная или калибровочная проба

Холостая

проба

Субстратно-буферный раствор

0,4

0,4

Инкубировать 3 мин при +37 0С

Стоп–реагент

0,4

Сыворотка крови

0,08

0,08

Инкубировать 60 мин при +37 0С

Стоп–реагент

0,4

Выдерживать 20 мин при комнатной температуре

Раствор гидроокиси натрия 0,4 Н

4,0

4,0

Выдерживать 10 мин при комнатной температуре. Измерить оптическую плотность опытной пробы против холостой при длине волны 500–550 нм.

Расчет активности фермента в сыворотке крови проводят по калибровочному графику. Построение калибровочного графика проводится в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2. Калибровочный график для 1 часа инкубации

Отмерять в пробирку, мл

Калибровочные точки

Контроль­ная проба

1

2

3

4

5

Субстратно-буферный раствор

0,45

0,40

0,35

0,30

0,25

0,5

Калибровочный раствор

0,05

0,10

0,15

0,2

0,25

Дистиллированная вода или физиологический раствор

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

Стоп–реагент

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

Выдержать 20 мин при комнатной температуре

Раствор гидроокиси натрия 0,4 Н

5,0

5,0

5,0

5,0

5,0

5,0

Выдержать 10 мин. при комнатной температуре. Измерить оптическую плотность калибровочных проб против контрольной пробы. Фотометрирование проводится, как для опытного образца. При построении калибровочного графика на оси абсцисс – величины активности АлАТ, выраженные в микромолях пировиноградной кислоты на 1 мл сыворотки за 1 час инкубации.

Содержание пировиноградной кислоты в калибровочной пробе

Мкмоль

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,0

Мкг

8,8

17,6

26,4

35,2

44,0

0,0

Активность в мкмоль/часмл

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0,0

мккат/л

0,278

0,556

0,833

1,11

1,39

0,0

Линейность калибровочного графика должна сохраняться до величины экстинкции 0,35.

Нормальная активность АлАТ в сыворотке крови составляет (0,1–0,68) мкмоль/часмл при + 37 0С.

Клинико-диагностическое значение. Диагностическое значение имеют две аминотрансферазы: АлАТ и АсАТ. Повышение их активности в крови является чувствительным показателем нарушения функций печени и сердца.

Для диагностики инфаркта миокарда проводят определение активности следующих ферментов: креатинкиназы, ЛДГ, АсАТ, АлАТ. При инфаркте миокарда активность АсАТ в сыворотке крови поднимается, начиная с 8–12 часа; максимальная активность достигается через 24–36 часов, а её возвращение к нормальному уровню происходит на 4–6 день. У больных с инфарктом миокарда активность АсАТ в сыворотке крови в 2–10 раз выше верхнего значения нормы. Соотношение активности АлАТ/АсАТ при инфаркте миокарда в большинстве случаев превышает 2, а соотношение меньше 1 преимущественно указывает на поражения печени.

Повышенная активность ферментов в сыворотке крови при заболеваниях печени является следствием повреждения гепатоцитов. Такие повреждения, независимо от причины, вызывают увеличение активности аминотрансфераз не менее, чем в 10 раз. Токсическое повреждение печени, например, при отравлении парацетамолом, приводит к повышению активности АлАТ и АсАТ в 50–100 раз. Значительное возрастание активности аминотрансфераз выявляют при вирусном гепатите.

Активность АлАТ и АсАТ при некоторых заболеваниях

Фер-мент

Заболевание

Инфаркт

миокарда

Стено-

кардия

Мио-кардит

Острый гепатит

Хрони-ческий гепатит

Цирроз

печени

Обтураци-онная

желтуха

АсАТ

++

±

±

+

±

±

+ или ±

АлАТ

±

±

+

++

±

±

+ или ±

+ – норма

± – активность фермента повышена

++ – активность фермента сильно повышена

Лабораторная работа 11. Определение концентрации мочевины в сыворотке крови и моче

Мочевина – основной конечный продукт азотистого катаболизма в организме млекопитающих. Содержание мочевины в плазме крови – важный показатель состояния печени, где она образуется при обезвреживании аммиака, и почек, регулирующих ее поступление в мочу (при этом некоторая часть ее может реабсорбироваться). Кроме того, концентрация мочевины отражает соотношение между азотистым катаболизмом и анаболизмом в организме.

Принцип метода: Мочевина образует с диацетилмонооксимом в кислой среде в присутствии тиосемикарбазида и солей Fе3+ комплекс красного цвета, по интенсивности окраски которого определяют концентрацию мочевины.

Материалы и реактивы:

  1. раствор диацетилмонооксима;

  2. раствор тиосемикарбазида;

2) калибровочный раствор мочевины – 16,65 мМ;

3) раствор трихлоруксусной кислоты 50 %;

4) раствор серной кислоты 15 %.

Анализируемый образец: сыворотка крови, моча (разведенная в 50 или 100 раз)

.Ход работы: работу проводят согласно таблице.

Опытная проба

Эталон

Холостая

проба

Сыворотка крови или развед. моча

0,02

Эталон мочевины (раствор)

0,02

Физиологический раствор

0,02

Раствор диацетилмонооксима

2,0

2,0

2,0

Раствор тиосемикарбазида

2,0

2,0

2,0

В пробирки отмеряют последовательно, согласно таблице, анализируемый образец и рабочие растворы. Для уменьшения ошибки анализа рекомендуется придерживаться указанного порядка смешивания растворов.

Пробирки закрыть алюминиевой фольгой и поставить в кипящую водяную баню на 10 мин. Затем охладить их и измерить на ФЭКе оптическую плотность пробы (Еопыт) и эталона (Еэталон) против холостой пробы при длине волны 540560 нм.

Расчет концентрации мочевины в опытной пробе

,

где Сэталон – концентрация мочевины в эталоне – равна 16,65 мМ

В норме содержание мочевины в сыворотке крови составляет 1,7–8,32 мМ, 10–50 мг/дкл.

Расчет мочевины в суточной моче:

Сг/суткиопыт,

где А – суточное количество мочи, мл;

В – количество мочи, взятое для анализа, мл;

К – коэффициент разведения мочи;

1000 – коэффициент перевода величины экскреции мочевины из мг в г.

В норме содержание мочевины в моче составляет 333–583 мМ/сутки, 20–35 г/сутки.

Клинико-диагностическое значение. Отклонения от нормального содержания мочевины зависит от скорости процессов синтеза мочевины и её выведения. Содержание мочевины в сыворотке крови и моче может изменятся вследствие поражения некоторых органов, главным образом печени и почек.

Повышенное содержание мочевины в сыворотке крови – уремию – наблюдают при заболеваниях почек. При этом содержание мочевины в моче уменьшается. Уремию наблюдают также при патологиях, которые сопровождаются интенсивным распадом белка (сепсис, туберкулёз, ожоги, перитониты). Содержание мочевины в моче при этом возрастает.

Кроме того, возрастание уровня мочевины в сыворотке крови может происходить в случае потери жидкости (рвота, диарея, обезвоживание).

Нарушение мочевинообразующей функции печени вследствие цирроза, острого жирового гепатоза, отравления фосфором, мышьяком и другими ядами приводит к уменьшению синтеза мочевины, снижению содержания её в крови и уменьшением выведения её с мочой. В этих случаях увеличивается выделение с мочой и других азотсодержащих веществ: аминокислот, креатинина, аммиака и т. д.

Содержание мочевины в биологических жидкостях зависит также от характера питания: при употреблении богатой белками пищи содержание мочевины в сыворотке крови и моче увеличивается, в случае безбелковой диеты – уменьшается.

Уровень мочевины в биологических жидкостях может изменяться под действием некоторых препаратов. Увеличивается содержание мочевины в крови при приёме анаболических стероидов, а также под действием нефротоксичных лекарственных препаратов.

Контрольные вопросы по теме «Метаболизм аминокислот. Энзимопатии аминокислотного обмена»:

  1. Пул свободных аминокислот в организме: пути поступления и использование свободных аминокислот в тканях.

  2. Трансаминирование аминокислот: реакции и их биохимическое значение, механизмы действия аминотрансфераз.

  3. Прямое и косвенное дезаминирование свободных L-аминокислот в тканях.

  4. Декарбоксилирование L-аминокислот в организме человека. Физиологическое значение образовавшихся продуктов. Окисление биогенных аминов.

  5. Пути образования и обезвреживания аммиака в организме.

  6. Биосинтез мочевины: последовательность ферментных реакций биосинтеза, генетические аномалии ферментов цикла мочевины.

  7. Общие пути метаболизма углеродных скелетов аминокислот в организме человека. Глюкогенные и кетогенные аминокислоты.

  8. Биосинтез и биологическая роль креатина и креатинфосфата. Креатинин.

  9. Глутатион: строение, биосинтез и биологические функции глутатиона.

  10. Специализированные пути метаболизма циклических аминокислот – фенилаланина и тирозина.

  11. Наследственные энзимопатии обмена циклических аминокислот – фенилаланина и тирозина.

  12. Обмен циклической аминокислоты триптофана и его наследственные энзимопатии.

МОДУЛЬ 3. МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ. БИОХИМИЯ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]